Практические примеры показывают, что проводимые испытания на выбросы должны проводиться при разных напряжениях и нагрузках
ПО ЛОРЕНЗО ЦИВИДИНО
Директор, Глобальные заявки и поддержка;
HAI HO, инженер технической поддержки приложений
Силовая электроника SL
www.slpower.com
При выборе источника питания одним из важнейших функциональных требований продукта является его производительность EMI. Источники питания AC / DC - это интерфейс между электроникой конечного продукта и энергопотреблением, обеспечивающим энергию для конечного применения. FCC и международные стандарты требуют, чтобы производительность EMI продукта соответствовала предельным уровням выбросов, определенным в стандартах, в зависимости от применения.
Общим предположением является то, что выбросы EMI являются самыми высокими при полной нагрузке или в определенном диапазоне напряжения сети переменного тока. Однако, в зависимости от топологии преобразования питания источника питания, выбросы могут значительно различаться по напряжению сети и по ее диапазону нагрузок. В этой статье обсуждаются соображения при проведении проверочных испытаний и представлены данные, показывающие значительные изменения производительности EMI по диапазонам нагрузок. В некоторых случаях низкая нагрузка может быть значительно хуже, чем полная нагрузка. При выполнении проверочных испытаний даются рекомендации по условиям нагрузки и линии. Эти рекомендации обеспечивают надлежащую и тщательную оценку, а также минимизацию тестов, необходимых для достижения высокого уровня достоверности соответствия.
Беспрецедентное стремление к повышению эффективности обусловлено стремлениями клиентов к меньшим и недорогим источникам питания. Кроме того, правительственные постановления (DoE Level VI, EU ErP и т. Д.) Предусматривают адаптацию более эффективных адаптеров, которые побудили отрасль найти инновационные решения для удовлетворения этих требований. По этим причинам новые решения появились с некоторыми непредвиденными последствиями для работы EMI.
Внешние источники питания используют переменные режимы работы для снижения мощности без нагрузки и достижения высокой эффективности. Например, по мере уменьшения выходной нагрузки преобразователь может переключиться на режим пакетной работы, чтобы свести к минимуму потребление энергии. Это может привести к резонансу фильтра EMI и вызвать увеличение проводимых выбросов при этих более низких нагрузках по сравнению с более высокими нагрузками. Эта ситуация может быть упущена, если есть предположение, что проведенные выбросы хуже в условиях полной нагрузки.
Преобразователи большей мощности (~ 80 + Вт), особенно те, которые должны соответствовать гармоническому току класса C или D, будут иметь этап коррекции коэффициента мощности (PFC) для минимизации гармоник входного тока. Существуют различные методы достижения ПФУ. Они включают в себя управление режимом перехода, двухфазную ступень PFC, в которой одна фаза может быть отключена при более низких нагрузках, затем включена и сдвинута по фазе для уменьшения тока пульсации входных сигналов при более высоких нагрузках, а также режимов фиксированной и переменной частоты, чтобы назвать несколько. Все эти технологии предлагают преимущества в снижении потерь мощности при широком изменении сети переменного тока и широком изменении нагрузки. Однако они также создают проблемы при разработке фильтра электромагнитных помех, который будет эффективен при тяжелых и низких нагрузках с меньшим затуханием. Чтобы усугубить этот вопрос, фильтры EMI на системном уровне часто добавляются инженерами по проектированию систем для адресации источников электромагнитных помех, генерируемых системной электроникой, которые могут питаться от источника питания переменного / постоянного тока. Во многих случаях добавленный фильтр EMI на системном уровне может ухудшить ситуацию из-за несоответствия импеданса системного фильтра электромагнитных помех и фильтра электромагнитных помех AC / DC.
Чтобы проиллюстрировать эту проблему, следующие примеры:
Общая методика использует переменную частоту переключения, чтобы уменьшить потери мощности по напряжению сети и току нагрузки, а также режим пакетного режима / фазы (пропускание импульса или отключение одной фазы при малой нагрузке), что чрезвычайно полезно для соответствия нормам эффективности легкой нагрузки. Эти условия эксплуатации изменили то, как мы смотрим на проводимые выбросы.
Пример № 1: Топология электропитания: Резонансный полумост с интерфейсом PFC. Перемещаемый контроллер PFC с переходным режимом, за которым следует DC-преобразователь переменного тока постоянного тока с переменным частотным резонансным преобразователем с импульсным режимом.
В этом примере подача питания не превышала 2, 5 дБ над пределом при 170 кГц при 120 В перем. Тока, когда он пропускался на 9, 5 дБ при пределе 240 В переменного тока. Он оказался на уровне 120 В переменного тока и средней нагрузкой, цепь PFC чередования отключила одну фазу и удвоила другой фазовый ток, чтобы увеличить напряжение до 400 В постоянного тока, тем самым увеличивая пиковый ток через индуктор и генерируя больше выбросов, чем при 240 В переменного тока. Шум был поднят рядом с фильтром входной линии и проведен на линии. Если измеряется при полной нагрузке, чередующийся преобразователь будет работать с обеими фазами и иметь более низкие проводимые выбросы, чем при более низких нагрузках с одной фазой. С некоторыми изменениями решение было реализовано с пределом 6 дБ при всех условиях линии и нагрузки.
Тематическое исследование №2: внешний источник питания 250 Вт поставщика использовал резонансный полумостовой преобразователь LLC с импульсным режимом работы при низких нагрузках с интерфейсом постоянной частоты PFC с постоянной проводимостью.
Источник питания провалился на 2 дБ над пределом при нагрузке 10%, но прошел с 0, 6 дБ при нагрузке 50% и 5 дБ при пределе при 100% нагрузке, аналогично вопросу, который мы обнаружили в примере №1.
Рисунок 1: Внешний источник питания 250 Вт, не имеющий выхода из строя, при низкой нагрузке, выведенной при нагрузке 25 Вт (10% от номинальной нагрузки).
Синий: квазипиковое сканирование. Зеленый: среднее сканирование.
BQ линия: CISPR11 класс B l Квазипиковый предел. BA line: CISPR11 класс B Средний предел.
Тематическое исследование № 3: Энергия 30 Вт для OEM-производителей (см. Рис. 2) Внешний источник питания Star Level VI с топологией обратной связи с измененной частотой с зеленым режимом.
Мы протестировали источник питания в разных условиях линии и нагрузки. Мы обнаружили, что он прошел пропущенные выбросы с комфортным запасом при полной нагрузке 120 В переменного тока, но потерял все свои пределы при 240 В пер. Тока и фактически провалился при уменьшенной нагрузке независимо от линейного напряжения. Он также провалил среднюю проводимую эмиссию при нагрузке 15 Вт (50% номинальной нагрузки) и 3 Вт (номинальная нагрузка 10%), независимо от линейного напряжения.
Рисунок 2: Внешний источник питания OEM 30-W уровня VI.
Синий: квазипиковое сканирование. Зеленый: среднее сканирование.
BQ линия: CISPR11 класс B Квазипиковый предел. BA line: CISPR11 класс B Средний предел.
Примечание. Зеленый график (Ave. scan) превышает среднюю предельную линию.
Проводимая эмиссия при нагрузке 240 Вт на 30 Вт (100% от номинальной нагрузки).
Примеры системных фильтров, негативно влияющих на производительность электромагнитных помех
Два разных модуля ввода мощности использовались с одним и тем же источником питания, чтобы продемонстрировать его воздействие на EMI.
Испытуемый источник питания с нагрузкой на резистор имел предел CE не менее 6 дБ в пределе класса B.
Модуль ввода питания от поставщика A сначала использовался в качестве интерфейса между электросети и тестируемым источником питания. Проведенная эмиссия была протестирована и показала, что она не смогла на 3, 5 дБ превысить лимит.
Поставщик Фильтр не работает с тестируемым источником питания.
Модуль ввода питания от поставщика A был заменен фильтром от поставщика B. Проведенная эмиссия была выполнена снова с тем же условием испытания. Результат показал, что он преодолел ограничение на 5 дБ.
Поставщик B хорошо работал с тестируемым источником питания.
Вывод
Во многих конечных приложениях пиковая мощность возникает в течение короткого периода времени, тогда как постоянная мощность нагрузки часто составляет около 50% или менее от номинальной мощности питания. В режиме ожидания система может перейти в режим энергопотребления. Система должна соответствовать уровням выбросов ЭМИ через все эти рабочие условия. С учетом конечного применения и уроков из вышеприведенных тематических исследований важно выполнить проведенные испытания на выбросы при 100 В переменного тока, 120 В переменного тока и 240 В переменного тока, а также скачки тока нагрузки от нуля до полной нагрузки или, по меньшей мере, на 100%, 50 % и 10% от номинальной нагрузки для обеспечения соблюдения внутренних норм.
Модули ввода питания спроектированы как фильтр нижних частот, управляя как синфазным, так и дифференциальным током. Когда в системе это может вызвать резонанс из-за его индуктивного и емкостного реактивного сопротивления, мешающего фильтру электромагнитных помех источника питания. Важным является выбор подходящего модуля ввода мощности с правильной емкостью и индуктивностью для использования с источником питания.
LORENZO CIVIDINO Директор по глобальным приложениям и поддержке и HAI HO, инженер технической поддержки приложений SL Power Electronics, www.slpower.com