Zníženie EMI v spínaných zdrojoch napájania (SMPS); Elektronika - dnes
EMI (elektromagnetické rušenie) je porucha elektronického zariadenia, ak sa nachádza v blízkosti elektromagnetického poľa (EMF) alebo vysokofrekvenčného (RF) spektra generovaného iným elektronickým zariadením.
Spínané zdroje napájania (SMPS) sú zo svojej podstaty priemery, ktoré generujú elektrický šum (pri spínacej frekvencii a súvisiacich harmonických frekvenciách), ale pri starostlivom návrhu je výkon uspokojený.
Základné normy sú IEC 61000 (Elektromagnetická kompatibilita - EMC) a IEC 60601 (Požiadavky na imunitu). Ak dobre poznáte komponenty, správne navrhnutie dosky s plošnými spojmi (PCB) a zníženie impedancií spoločného režimu minimalizuje EMI emisie napájacieho zdroja bez potreby ďalších externých opatrení (filtre Pi, šoky bežného režimu, potlačujúce prvky, kovové tienenie). V závislosti na použití: priemyselné, lekárske, nízkošumová akustika, ťažké prostredia (teplota, vysoká vlhkosť), vysoká hustota výkonu, veľmi vysoká spoľahlivosť ... zdroje majú rôzne ceny, ktoré odrážajú úsilie
dizajn a kvalita komponentov.
Prečo zdroje energie vytvárajú elektrický šum?
Akýkoľvek zdroj spínania je založený na zmenách napätia alebo prúdu na krátku vzdialenosť
čas v každom spínacom cykle (napr. FET spína z 0 na 200 V za 40 ns). Akákoľvek trasa, spojovací bod a komponent sú možným zdrojom vyrušenia. V prípade elektronických komponentov výrobcovia všeobecne nešpecifikujú výkon EMI a to, ako by sa mohli stať zdrojmi hluku. Obrázky 1 a 2 ukazujú, ako môžu byť zvuky generované veľkými zmenami v prúdových slučkách (di/dt), respektíve napäťovými špičkami (dV/dt).
Úloha elektroinštalácie (PCB), pravidlá projektovania
1. Minimalizujte oblasti súčasnej slučky. K prúdovým slučkám dochádza, keď sa prúdy vrátia na zem niekoľkými spôsobmi.
Súčasné slučky sú generátory a EMI antény. Cez vodiče prechádzajú striedavé prúdy (50 kHz, trasa 1 MHz), takže dôjde k javom indukcie a elektromagnetického žiarenia.
Poznámka. Faradayov zákon ukazuje, že napätie indukované v obvode sa rovná rýchlosti zmeny magnetického toku povrchom tohto obvodu: e = - Δ φ/Δt.
2. Zaistite, aby nezostali žiadne plávajúce časti a aby boli všetky slučky spojené so zemou.
3. Signály sú uzavreté na zem krátkymi a samostatnými spojmi, usporiadanými ako hviezda, na každej svorke GND integrovaného obvodu a elektrické vedenie bude mať tiež hviezdicové spojenie so svojou zemou. Nakoniec bude existovať iba jedno spojenie medzi hmotnosťou signálu (referencia pre malé signály, s riadiacimi informáciami) a hmotnosťou výkonu (referencia pre vysoké spätné prúdy, riadený výkon), v jednom bode.
4. Na káblovom zväzku musí byť základná rovina výkonovej časti oddelená od základnej roviny signálov, pričom sa zohľadňuje galvanické oddelenie vedenia medzi primárnym a sekundárnym vedením.
5. Dosky s plošnými spojmi a káble s krútenými pármi by mali byť čo najkratšie a usporiadané tak, aby sa minimalizovali slučky, ktoré môžu byť zdrojmi indukovanými anténami, prúdmi spôsobenými EMI z iných zariadení.
6. Uzemnenie je určené z bezpečnostných dôvodov, nie na zníženie EMI.
aby sa nepridávali parazitické indukčnosti. Transformátor je prvým prvkom, ktorý určuje EMI v napájacom zdroji, a je najhlučnejším komponentom.
Návrh transformátora je skutočné umenie, a to tak pri výbere typu magnetického jadra, smeru vinutia, tienenia vinutia (tienenie znižuje EMI, ale zvyšuje parazitnú kapacitu a implicitne zvodový prúd), ako aj polohy na vodiči. V prípade galvanického oddelenia signálov namiesto transformátorov (ktoré generujú EMI a sú náchylné na poškodenie signálov magnetickým poľom), respektíve namiesto optočlenov (ktoré majú nízku emisiu EMI a vysokú imunitu, ale majú nízku spoľahlivosť, spoločnú nízku imunitu a degradácia faktora prenosu signálu v čase), odporúčajú sa kremíkové izolátory, ktoré je možné implementovať buď ako transformátory alebo kondenzátory.
Nadmerná výstupná kapacita v kombinácii s nízkym sériovým odporom (ESR) a vyššou indukčnosťou môže spôsobiť osciláciu niektorých zdrojov. Niektoré zdroje preto môžu akceptovať väčšie výstupné kondenzátory, pokiaľ je ESR vyššia.