Намаляване на EMI при импулсни захранващи устройства (SMPS); Електроника-днес
EMI (електромагнитни смущения) е неизправност на електронно устройство, когато то се намира в близост до електромагнитно поле (EMF) или радиочестотен спектър (RF), генерирани от друго електронно устройство.
Импулсните захранвания (SMPS) по своята същност са средно генериращи електрически шум (при честотата на превключване и свързаните с тях хармоници), но при внимателен дизайн се постига изпълнение.
Основните стандарти са IEC 61000 (Електромагнитна съвместимост - EMC) и IEC 60601 (Имунитетни изисквания). Познаването на компонентите добре, правилното проектиране на печатната платка (PCB) и намаляването на импедансите на общия режим ще минимизират EMI емисиите на захранването, без да са необходими други външни мерки (Pi филтри, удари в общ режим, супресори, метална екранировка). В зависимост от приложението: индустриална, медицинска, ниско шумова акустика, тежка среда (температура, висока влажност), висока плътност на мощността, много висока надеждност ... източниците имат различни цени, които отразяват усилията на
дизайн и качество на компонентите.
Защо източниците на захранване произвеждат електрически шум?
Всеки превключващ източник се основава на промени в напрежението или тока на къси разстояния
време във всеки цикъл на превключване (напр. FET превключва от 0 до 200V за 40ns). Всеки маршрут, кръстовище и компонент е възможен източник на смущения. В случай на електронни компоненти, производителите обикновено не определят EMI производителността и как те биха могли да станат източници на шум. Фигури 1 и 2 показват как шумовете могат да се генерират от големи вариации в контурите на тока (di/dt), съответно от пиковете на напрежението (dV/dt).
Роля на окабеляването (PCB), правила за проектиране
1. Минимизиране на текущите зони на контура. Токови контури възникват, когато токовете се връщат на земята по няколко начина.
Токовите контури са генератори и EMI антени. Променливотокови токове (50KHz трасе 1MHz) протичат през окабеляващите пътища, така че ще възникнат индукционни и електромагнитни явления.
Забележка. Законът на Фарадей показва, че напрежението, индуцирано във верига, е равно на скоростта на изменение на магнитния поток през повърхността на тази верига: e = - Δ φ/Δt.
2. Уверете се, че не остават плаващи части и че всички контури са свързани към земята.
3. Сигналите са затворени към земята чрез къси и отделни връзки, подредени като звезда, на всеки GND терминал на интегралната схема, а електропроводите също ще имат звездната връзка към земята си. И накрая, ще има само една връзка между масата на сигнала (референция за малки сигнали, с контролна информация) и масата на мощността (референция за високи възвратни токове, контролирана мощност), в една точка.
4. На окабеляването, заземителната равнина на силовата част трябва да бъде отделена от земната равнина на сигналите, като се вземе предвид галваничното разделяне на окабеляването между първичната и вторичната.
5. Печатните платки и усуканите двойки кабели трябва да бъдат възможно най-къси и подредени така, че да сведат до минимум контурите, които могат да бъдат индуцирани от източника антени, токове, дължащи се на EMI от други устройства.
6. Заземяването е предназначено от съображения за безопасност, а не за намаляване на EMI.
за да не се добавят паразитни индуктивности. Трансформаторът е първият елемент, който определя EMI в захранването, като е най-шумният компонент.
Проектирането на трансформатор е истинско изкуство, както при избора на типа на магнитната сърцевина, посоката на навиване, екранирането на намотката (екранирането намалява EMI, но увеличава паразитния капацитет и по подразбиране тока на изтичане) и позицията върху окабеляването. В случай на галванична изолация на сигнали, вместо трансформатори (които генерират EMI и са податливи на повреда на сигнали от магнитни полета), съответно вместо оптрони (които имат ниска EMI емисия и висока имунитет, но имат ниска надеждност, ниска обща имунитет и деградация на фактора на прехвърляне на сигнала във времето), се препоръчва силициеви изолатори, които могат да бъдат изпълнени или като трансформатори, или като кондензатори.
Прекомерният изходен капацитет, съчетан с ниско серийно съпротивление (ESR) и по-висока индуктивност може да доведе до трептене на някои източници. Следователно някои източници могат да приемат по-големи изходни кондензатори, стига ESR да е по-висок.