ההשפעה של החלפת כוח פקד על תאימות אלקטרומגנטית

החלפת ציוד חשמל הפכה לבלוק בניין בכל מקום כמעט בכל מכשיר אלקטרוני מודרני, בשל יעילות גבוהה שלהם, גודל קומפקטי, משקל קל, אך העיקרון התפעולי שלהם - מעבר רפלקטיבי בין מהנדסים לחלוטין וממלאים את המצב בתדרים גבוהים - מתגשמים רעש חשמלי מתפשט שיכול לפשר תאימות אלקטרומגנטית (EMC).

הבנה של החלפת כוח

החלפת חשמל (נקרא גם אספקת חשמל מחלף או SMPS) להמיר חשמל מרמת מתח אחת לשנייה באמצעות אלמנט מעבר גבוה - באופן חד-משמעי כוח MOSFET או IGBT. בניגוד רגולטורים ליניאריים, אשר מתפזר אנרגיה עודף כמו חום, SMPS מאוחסן אנרגיה זמנית inducors ו capacitors ולאחר מכן משחרר אותו בהתפרצויות מבוקרות.

(הופנה מהדף Abuck (Step-down), דחיפה (שלב), זבוב, ממיר קדימה, וחצי / עיצובי גשר מלאים.כל טופולוגיה יש מעבר לגלימות, תכונות משבשות, וחתימות רעש.למרות ההבדלים ביניהם, כל SMPS חולקים מקור בסיסי של EMI: הזרם המשתנה במהירות והמתחים המיוצרים על ידי מעבר גבוה:0d / Frates) משתנה עם זרם זרם זרם זרם של 2D2 (Frated) ו-Frated) ו-Frated) של שינוי זרם (מתאים בין שני (מתאים:2D) ו-Frated) ו-Frated) ו-Fratedddd) של שינוי זרם (מתאים: 2D2D) ו-Frated) ו-Frated) ו-Fratedddd) של זרם של זרם של זרם של זרם של זרם ו-Fratedd) של זרם ו-Frated) של זרם ו-Fratedd) ו-Fratedddd) של זרם ו-Frated) של מערכות זרם ו-Frated) של זרם ו-Fratedddddddddddddd

אתגר תאימות אלקטרומגנטי

EMC מורכב משני היבטים משלימים: FLT:0;0; אישורים של LT:1 (רעש מכשיר יוצר) ו-FLT:2 אימונויות FLT 3: (היכולת של המכשיר לפעול כראוי כאשר נחשפים להפרעות חיצוניות) אספקת חשמל עוברית ידועה לשמצה לייצר רמות גבוהות של פרוצדורות מתקדמות ומוקפת EMI, אשר יש לדכא כדי לעמוד בסטנדרטים לאומיים ובינלאומיים כגון: SACC (REC) קריטריונים של קודר (RCC) ו-Fé).

מעבר לציות רגולטוריות, EMC ירודה יכול לגרום לבעיות תפעוליות בעולם האמיתי.לדוגמה, EMI מאספקת חשמל יכול להיות זוג לתוך עקבות אות קרובה על לוח מעגלים מודפס (PCB), משחית העברת נתונים או גורם גורם לגורם גרור כוזב בלוגיקה דיגיטלית.ברכב ובסביבות רפואיות, הפרעה כזו יכולה להיות בעלת השלכות בטיחות.

מקורות EMI ב-Switching Power Supplies

מקורות EMI ב SMPS כוללים:

(ב) ⁇ :0) מתפתלים: (FLT: 1) התפנית הפתאומית וההיפוי של מתג הכוח מייצרים ספייק מתחים וטבעת עקב אינדוקציות טפיליות וכנפיים במעגל.
(FLT:0) דיודיה לאחור: 1FLT כאשר מתגי הפלט ממבצעים כדי לחסום, זרם ההתאוששות לאחור שלה יוצר דופק נוכחי חד עם הרמוניות גבוהות.
(ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד: ויקרא י"א): "ה' (ב') ו'ה' (ב') ו''' (ב') ו'ה' (ב') ו'''' (ב')''' (ב')') , ו''''''''''''''''''''')'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
(FLT:0) Transformer דליפת אינדוקטריאנס: אנדרל 1 (בבודדים להתנצלות, הדליפה של המירנר מאחסן אנרגיה שמשוחררת כטבעת כאשר מתג כבוי, תורם לרעש הערוך והקרינה.
(ב) הפיכה:0) הפיכה מפוארטית: 1FLT:1 Capacitive ו inductive הפיכה בין הצדדים העיקריים והמשניים של ממיר מבודד, או בין שלב הכוח לבין אנלוגי רגיש או מעגלים דיגיטליים, יכול להפיץ רעש.

נבואות של EMC

מכשירים שאינם בדיקות EMC עשויים להיות הכחישו הסמכה רגולטורית, מכריחים יצרנים להשקיע בעקביות עיצוב נוספות ובדיקות.בשדה, פליטות מופרזות יכולות לשבש תקשורת רדיו, מקלטי GPS, Wi-Fi, או חיבורי Bluetooth. במקרים מסוימים, התערבות יכולה להתפשט דרך מרכזי AC המתפתלים ומשפיעים על ציוד אחר באותו מעגל חשמלי.

סטנדרטים רגולטוריים ו Compliance

כדי להבטיח רמה משחק שדה ולהפחית התערבות מזיקה, ממשלות וגופים בינלאומיים הקימו מגבלות פליטה ודרישות חסינות.הסטנדרטים המאומץ ביותר עבור אלקטרוניקה מסחרית הם:

(ב) [ה][דרוש מקור]] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]][2CISPR364 20FLT] 3 (כיום הוחלף על ידי CISPR 32 עבור ציוד מולטימדיה: אלה גבולות שנקבעו לפליטה על פני טווח התדרים 150 k ל-30 מ"מ ומקרינים פליטות מ-30 מ"ר ל-1 GHz (ו עד 6 GHz לקטגוריות מסוימות).
(FLT:0)FCC Part 15FLT:1 עבור ציוד שנמכר בארצות הברית: היא מסווגת מכשירים דיגיטליים למחלקה A (תעשייתי / מסחרי) ו- Class B (residential) עם מגבלות מחמירות יותר עבור Class B.
(ב) ויקרא יא"ד (ב) ויקרא כ"ד, ו[[1924]]]]]]
סדרת סודיות בסיסית של EMC כגון שחרור אלקטרוסטטי (IEC 61000-4-2), רדיו RF (IEC 61000-4-3), וטראנסים מהירים (IEC 61000-4-4-4-4-4-4-4-4-4-4-4-4-4).

מעצבים חייבים גם להיות מודעים לסטנדרטים מסוימים בתעשייה, כגון CISPR 25 עבור אלקטרוניקה רכב ו DO-160 עבור avionics. Compliance בדיקות מבוצעת בדרך כלל במעבדות מוכרות באמצעות הגדרות בדיקות מוגדרות בדיוק, כולל רשתות ייצוב קו (LISN) עבור פליטות שבוצעו ואת אתרי בדיקה פתוחה-area או תאים עבור פליטות קורנות.

טכניקות להתאמה עבור EMC Compliance

צמצום EMI מהחלפת ציוד כוח דורש גישה רב-מכוונת המתייחסת לרעש למקורו, חוסמת את נתיבי הקידום שלה, ומחליפה את המערכת להתערבות.הסעיפים הבאים הם הטכניקות היעילות ביותר.

Input and Output filter

(FLT:0)EMI מסננים FLT:1 הם קו ההגנה הראשון של מסנן EMI טיפוסי מורכב ממת משותף וחנקי חנקות שונים בשילוב עם X ו Y capacitors. החנק מציג תנופה גבוהה לעומס גבוה קידוד גבוה, תוך מתן תדירות הכוח הבסיסית לעבור מיקום תקין - קרוב למקור הרעש (כוח או מתג) עבור מסננים חיוניים, עבור מסננים ראשוניים על ידי מסננים על ידי מסננים על ידי ממקמים אלקטרוניים, על ידי מפילטרים על ידי מלמטה.

בעת תכנון מסננים, מהנדסים חייבים לקחת בחשבון את הדחף של המקור ואת העומס כדי למקסם את אובדן ההכנסה. פריטה חרוזים, חנקי מוות משותפים, ופילטרים LC רב-שלביים הם אפשרויות נפוצות. תדירות הקיצוץ של מסנן צריך להיות טוב מתחת תדירות המעבר ואת הרמוניות שלה כדי לספק הפחתה נאותה.

מגן וקרקע

(FLT:0 ShieldingFLT:1) מכיל קרינה EMI בתוך המתחם או מונע שדות חיצוניים מהפיכה לתוך המעגל. כי המתחם מוגן צריך להיות מספר קטן של אמפרציות וניתן לייצר חומר מוליכים כגון פלדה או אלומיניום, או ים בתוך המתחם יכול לפעול כמו אנטנה משבט, כך קשר חשמלי טוב בין לוחות הוא קריטי עבור חשמל, כדי להפוך את עצמו יכול להיות מחוסם עם מגן משני או מחוספסת על ידי מחוספסת על ידי מחוסנים ראשוני כדי להפחית את עצמו עם מגן על ידי מגן על ידי מחוספסת או מחוספסת רוח משנית או מחוספסה עדר.

(FLT:0GroundingFLT:1) חשוב באותה מידה. מטוס קרקע נמוך-מרוש על ה- PCB מסייע לשלוט בזרמים חוזרים ולמזער את הרזולוציה הקרקעית.טכניקות ריצוף הכוכבים משמשים לעתים קרובות כדי להפריד קרקע כוח רועשת מקרקע אותות רגיש, עם חיבור בנקודה בודדת.לאות קרקעיות יש להימנע, במיוחד כאשר SMPS מחובר ציוד חיצוני באמצעות כבלים מרובים, באמצעות מטוסים ייעודיים ולהפחית את הקרקע.

המונחים: PCBout Best Practices

ההסדר הפיזי של רכיבים ב- PCB יש השפעה עמוקה על הנחיות פריסת המפתח של EMI. כוללים:

מיניזציה של האזור של לולאות נוכחיות גבוהות (למשל, הלולאה שנוצר על ידי מתג הכוח, אינדוקטור, ופלט capacitor ב ממיר באגב).
מקום decoupling capacitors קרוב ככל האפשר למכשירי ההחלפה כדי לספק את הביקוש הנוכחי המיידי.
שמור על עקבות אנלוגיות רגישות או דיגיטליות הרחק משלב הכוח ולהשתמש בשרידים קרקעיים או טבעות שמירה כדי לבודד אותם.
השתמש במטוס קרקע מוצק על שכבה פנימית כדי להגן על השכבה התחתונה מרעש העליון.
מעבר לכביש (למשל, ניקוז של MOSFET) עם מינימום של אזור נחושת כדי להפחית קרינה דמוי אנטנה.
להציב קלט ופילטרים פלט ליד קצה הלוח ולהבטיח כי רכיבי מסנן הם מעומקים היטב.

כלי סימבול, כגון 3D אלקטרומגנטי שדה פותרים או סימולטורים EMI ברמת מעגלים, יכולים לעזור לחזות פליטות לפני כוונון ולהפחית את הזיהומים היקרים.

טכניקות מתקדמות

מעבר לסננות בסיסית ופריסה, כמה טכניקות מתקדמות יכולות לשפר עוד יותר את EMC:

(FLT:0) ספירת תדרי ספירת הספקטרום: FLT:1 בכוונה על ידי הוספת וריאציות קטנות (למשל, ±5%) לתדירות המעבר, האנרגיה מתפשטת מעל רוחב פס רחב יותר, צמצום פליטות השיא בכל הרמוני יחיד.
(ב) ⁇ (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
(ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]] [ה]] [ה]] או [הה] [ה]] [התח]] [ה]]]] [התחרחר"ל], [ה'] [ה'ה'], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה'], [ה'],], [ה'], [ה']]]] [ה'] [ה'], [ה'] [ה'] [ה'] [ה'], [ה'] [ה'], [ה'] [ה']]]]]]] [ה'] [ה'] [ה'] [ה'] [ה'] [ה']]]]]], [ה'] [ה'], [ה'] [ה'] [ה'] [ה'] [ה'] [ה']']'] [ה'] [ה']']']']']]']']']']']']'
(ב) [17] ,0) ,ההתאמת הדחף של ה-FLT: 1 (ב) ,(ההחלת) בירידה במגמת העלייה ביציאה מהשער (הראשונה ל-) , הפחתה של אובדן מסחר זהה.

בחירה בולטת גם משנה: בחירת דיודות מהירות או שטאקי עם מטען התאוששות הפוך נמוך, באמצעות MOSFET עם מתנגדים שער משולב, ובחירת קיבולים עם ניכויים סדרתיים נמוכה ערך (ESL) והתנגדות (ESR) כולם תורמים להחלפת נקי יותר.

בדיקות עבור EMC Compliance

בדיקת עיצוב העומדת בפני גבולות EMC היא צעד חיוני בתהליך פיתוח המוצר.בדיקות קדם-ציות, המבוצעות לעתים קרובות בבית עם מנתח ספקטרום ובדיקות ליד שדה, יכול לתפוס בעיות גדולות מוקדם. עם זאת, הסמכה סופית חייבת להתבצע על ידי מעבדה מוכרת באמצעות ציוד סטנדרטי.

בדיקות טיפוסיות כוללות:

(FLT:0) פליטות מובנות: 1FLT ( 1FLT) באמצעות LISN ו המקלט, הרעש על ראשי AC נמדד מ-150 kHz ל-30 מ"ר.
(FLT:0) פליטות מחוסמות: 1FLT:1 המכשיר תחת בדיקה ממוקם על לוח זמנים בתא אנכוכי, ואנטנה מודדת פליטות מ-30 מ"הרץ עד 6 GHz במקרים מסוימים.
(FLT:0) בדיקות תחמושת:FLT:1ir המכשיר נתון הפרעות שונות (רדיו מבוזר, ESD, EFT, העלאה) בעוד הביצועים שלו הם מעקב אחר כל השפלה.

בדיקות מוצלחות דורשות לעתים קרובות tweaks מעגלי או הפריסה. נתונים מהמעבדה יכול להצביע על התדרים המדויקים ומנגנוני ההפיכה, המנחה היכן נדרש סינון נוסף או מגן.יש צורך בהבנה מעמיקה של מקורות הרעש - ואת היכולת מודל אותם - יכול להפחית באופן דרמטי את מספר ההאקרים.

מגמות עתידיות ב- Power Supply

בעוד שהחלפת תדרים ממשיכים להגדיל את גודל הרכיב הפסיבי הכווץ, ניהול EMI הופך מאתגר יותר. רחב-bandgap Semiconductors כגון ium nitride (GaN) ו-סיליקון carbide (SiC) מאפשר מעברים מהירים יותר (sub-nanoIIFLT:0dv/dtFLT:1), אשר יכול לדחוף תוכן מרכזי לתוך טווח GHz - לצד הפילטרים מתקדמים, הם מצמצם את רכיבי EMI.

בנוסף, העלייה של האינטרנט של הדברים (IoT) והעברת כוח אלחוטית מוסיפה מגבלות EMC חדשות.מוצרים חייבים להיות מעורבים עם סטנדרטים אלחוטיים מרובים (כחול, Wi-Fi, 5G) בסביבות צפופות.גופים רגולטוריים הם גם עדכון גבולות: CISPR 32 עכשיו מרחיבים מדידות קרינה עד 6GHz עבור ציוד מסוים, ועדכונים עתידיים עשויים אפילו לדרוש בקרה קפדנית יותר.

מסקנה

החלפת ציוד חשמל היא הכרחית באלקטרוניקה המודרנית, מתן יעילות וקומפקטיות כי הרגולטורים ליניאריים לא יכולים להתאים. עם זאת, תפעול גבוה שלהם שינוי אופטימיזציה לייצר הפרעה אלקטרומגנטית שיכולה לשבש את פעולת ההתקן ולפר את פליטות רגולטוריות. על ידי הבנת מקורות EMI - החל מעבר זמניים ותיקון diode ל-Samsive Compsyticing - מסייע ליישם שילוב של סינון, הגנה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, אופטימיזציה, וטכניקות מתקדמות כגון החלפת כוח אופציונלית ו-Fspectulation, ו-41, עם ביצועים.