تصميم محاكاة EMI لتحويل إمدادات الطاقة
مع زيادة تردد التبديل وكثافة الطاقة، أصبحت البيئة الكهرومغناطيسية داخل مصدر طاقة التبديل أكثر تعقيدًا، وأصبح توافقها الكهرومغناطيسي محورًا رئيسيًا وصعوبة كبيرة في تصميم مصدر الطاقة. في طريقة التصميم التقليدية، يتم التعامل مع مشكلة التوافق الكهرومغناطيسي من خلال التصميم التجريبي، ولا يمكن النظر في مشكلة التوافق الكهرومغناطيسي بشكل نهائي إلا بعد إنشاء النموذج الأولي. لا يمكن للعلاج التقليدي للتوافق الكهرومغناطيسي (EMC) سوى إضافة مكونات إضافية، مما قد يؤثر على عرض النطاق الترددي لحلقة التحكم الأصلية، مما يؤدي إلى أسوأ حالة تتمثل في إعادة تصميم النظام بأكمله وزيادة تكلفة التصميم. ومن أجل تجنب هذا الوضع، من الضروري النظر في مشاكل EMC في عملية التصميم، وتحليل وتوقع التداخل الكهرومغناطيسي لتحويل مصدر الطاقة بدقة معينة، وتحسين التصميم وفقًا لآلية التداخل وتوزيعه في كل نطاق تردد تقليل مستوى EMI، وبالتالي تقليل تكلفة التصميم.
2 خصائص وتصنيف إمدادات الطاقة EMI
من أجل التنبؤ بالتداخل الكهرومغناطيسي الناتج عن تحويل مصدر الطاقة، من الضروري توضيح آلية توليده وخصائص مصادر الضوضاء. بسبب عمل التبديل عالي السرعة لأنبوب مفتاح الطاقة، فإن معدل تغير الجهد والتيار مرتفع جدًا، وتحتوي الحافة الصاعدة والحافة الساقطة على توافقيات أعلى غنية، وبالتالي فإن شدة التداخل الكهرومغناطيسي كبيرة؛ يتركز التداخل الكهرومغناطيسي لتحويل مصدر الطاقة بشكل أساسي في محيط الثنائيات وأجهزة تبديل الطاقة والمشعات والمحولات عالية التردد المرتبطة بها ؛ نظرًا لأن تردد التبديل لأنبوب التبديل يتراوح من عشرات كيلو هرتز إلى عدة ميجاهرتز، فإن أشكال التداخل لمصدر طاقة التبديل يتم إجراؤها بشكل أساسي من خلال التداخل والتداخل في المجال القريب. من بينها، سيتم إدخال التداخل في شبكة الطاقة من خلال مسار انتشار الضوضاء والتداخل مع الأجهزة الأخرى المتصلة بشبكة الطاقة.
يمكن تقسيم التداخل الناتج عن تحويل مصدر الطاقة إلى فئتين.
1) تداخل الوضع التفاضلي (DM). تحدث ضوضاء DM بشكل رئيسي بسبب di/dt. من خلال الحث والمقاومة الطفيلية، ينتشر في الحلقة بين السلك الحي والسلك المحايد، مما يولد تيار Idm بين السلكين، والذي لا يشكل حلقة مع السلك الأرضي.
2) تدخل الوضع المشترك (CM). تحدث ضوضاء CM بشكل رئيسي بسبب dv/dt. تنتشر السعة الضالة لثنائي الفينيل متعدد الكلور في الحلقة بين خطي كهرباء والأرض، ويتدخل التداخل بين الخط والأرض. يتدفق تيار التداخل إلى النصف على كل من الخطين، وتكون الأرض بمثابة الحلقة المشتركة. في الدائرة الفعلية، نظرًا لمقاومة الخط غير المتوازنة، سيتم تحويل تداخل إشارة الوضع الشائع إلى تداخل تداخل ليس من السهل التخلص منه.
تحليل محاكاة EMI في تحويل إمدادات الطاقة
من الناحية النظرية، سواء كانت محاكاة المجال الزمني أو محاكاة مجال التردد، طالما تم إنشاء نموذج تحليل معقول، يمكن أن تعكس نتائج المحاكاة بشكل صحيح درجة تكميم EMI للنظام.
تحتاج طريقة محاكاة المجال الزمني إلى إنشاء نموذج دائرة يتضمن جميع معلمات المكونات في المحول، واستخدام برنامج PSPICE أو Sabre لتحليل المحاكاة، واستخدام أداة تحليل فورييه السريعة للحصول على شكل موجة الطيف لـ EMI. تم التحقق من هذه الطريقة في تحليل ضوضاء DM. ومع ذلك، فإن الخصائص غير الخطية والمعلمات الضالة لأجهزة أشباه الموصلات مثل MOSFET وIGBT في تحويل مصدر الطاقة تجعل النموذج معقدًا للغاية، وتتغير طوبولوجيا الدائرة الخاصة بتبديل مصدر الطاقة باستمرار عندما تعمل، مما يؤدي إلى مشكلة عدم التقارب في محاكاة. عند دراسة ضوضاء CM، يجب تضمين جميع معلمات العناصر الطفيلية. بسبب تأثير المعلمات الطفيلية، من الصعب أن تتطابق نتائج FFT مع النتائج التجريبية. تعمل محولات الطاقة عادةً في نطاق كبير من ثوابت الوقت، بما في ذلك ثلاث مجموعات من ثوابت الوقت: ثوابت الوقت المتعلقة بالتردد الأساسي لطرف الخرج (عشرات مللي ثانية)؛ ثابت الوقت (عشرات μs) المتعلق بتردد تبديل عناصر التبديل؛ ثابت الوقت (عدة ns) يتعلق بوقت الصعود ووقت الهبوط عند تشغيل عنصر التبديل أو إيقاف تشغيله.
لهذا السبب، في محاكاة المجال الزمني، يجب استخدام خطوة حسابية صغيرة جدًا، ويستغرق إكمال الحساب وقتًا طويلاً؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن النتائج التي تم الحصول عليها عن طريق طريقة المجال الزمني في كثير من الأحيان لا يمكنها تحليل تأثير المتغيرات المختلفة في الدائرة على التداخل بشكل واضح، ولا يمكن أن تشرح بعمق سلوك EMI لتحويل مصدر الطاقة، وتفتقر إلى حكم آلية EMI، ولا يمكن أن تعطي حل واضح للحد من EMI.
