Практические рекомендации по проектированию AC/DC-преобразователей с улучшенными показателями электромагнитной совместимости

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 8Следующая ⇒

В настоящее время проектирование импульсных ИВЭ осуществляется исходя из критерия "цена–качество". При этом принято для универсальности, что под ценой удобнее всего понимать удельную цену, то есть "единица валюты/Вт", например: доллар/Вт, евро/Вт, руб/Вт.

В понятие "качество" обычно включается стандартный набор показателей назначения, например:

• вход-сеть: напряжение и пределы его изменения, частота; соответствие нормам по ЭМС (помехозащита, помехоэмиссия);

• выход: мощность, напряжения и токи; стабильность, пульсации и помехи (в частотном диапазоне);

• экономичность – КПД, коэффициент мощности;

• защищенность от различных перегрузок и аварийных ситуаций;

• надежность (средняя наработка на отказ) и ресурс долговечности, срок службы;

• массо-габаритные показатели (в том числе удельная мощность — Вт/дм³).

Уровень показателей источника зависит от конкретных требований и назначения: а) коммерческий (общего назначения); б) промышленного назначения; в) оборонного (специального) назначения.

Показатели ЭМС:

а) уровень кондуктивных помех на сетевом входе (в дБ, по отношению к 1 мкВ);

б) уровень ВЧ-пульсаций и помех.

Рассмотрим предметно рекомендации по проектированию AC/DC-преобразователей с улучшенными показателями ЭМС, в том числе с низким уровнем ВЧ-пульсаций и помех на выходе.

Процесс проектирования можно разбить на несколько этапов, выполняемых последовательно. Возможно, придется произвести несколько итераций:

1) На первом этапе выбирается рациональная общая структура импульсного ИВЭП, которая оптимально адаптирована к условиям эксплуатации и "плохой" сети: провалы и перенапряжения, НЧ- и ВЧ-помехи.

2) На втором этапе выбирается вид входного устройства ИВЭП, производится выбор и при необходимости рассчитываются его узлы и компоненты: ограничитель пусковых токов (например, термистор), ограничитель импульсных перенапряжений (например, варистор), сетевой двунаправленный (из сети и от ИВЭП) фильтр кондуктивных помех, то есть обеспечиваются помехозащита (помехоустойчивость) и требования по помехоэмиссии.

3) На третьем этапе прорабатывается вопрос об использовании корректора коэффициента мощности (KKM/PFC) – пассивного или активного.

Отдельно отметим, что в настоящее время в качестве силовых диодов ККМ наилучшие результаты дает применение диодов Шоттки из карбида кремния. Эти диоды обладают наименьшим из всех мощных высоковольтных (600-1200 В) диодов временем t_rr и мягкой характеристикой восстановления обратного сопротивления.

4) На четвертом этапе выбирается оптимальная структура DC/DC-преобразователя на выходе сетевого выпрямителя и ККМ, исходя из анализа достоинств и недостатков той или иной структуры преобразователя.

Для ИВЭП малой мощности (до 500 Вт) предпочтительны структуры однотактных преобразователей, средней и повышенной мощности (до 1000 Вт) – типа "косого" моста и полумостовые преобразователи. Мостовая структура применяется для мощных ИВЭП (более 1000 Вт).

5) На пятом этапе производится окончательный выбор (оптимизация) силовых ключей преобразователя и способ их коммутации (квазирезонансный на нулевом токе или нулевом напряжении).

При выборе следует учитывать эквивалентные схемы компонентов.

Здесь же при необходимости производится выбор и расчет демпфирующих и фиксирующих цепей RC и RCVD (снабберов и кламперов). При этом снаббер замедляет скорость нарастания напряжения на ключе (например, на стоке MOSFET), а клампер фиксирует напряжение в этой же точке схемы относительно потенциала питания.

Основные требования при расчете этих цепей: для снаббера величина его емкости зависит от активного сопротивления первичной обмотки силового трансформатора и времени нарастания импульсного напряжения на ключе. Конденсатор в фиксаторе уровня (клампере) за время открытого состояния ключа должен разрядиться практически до уровня напряжения питания.

Совместное действие этих цепей ограничивает перенапряжение на ключе, и уменьшает величину тока несимметричной помехи через паразитную емкость между ключом (стоком MOSFET) и корпусом ИВЭП.

6) На шестом этапе особое внимание уделяется выбору низковольтных выпрямительных диодов, поскольку при высоких частотах коммутации (100-250 кГц) от потерь мощности на диодах существенно зависит КПД и уровень создаваемых помех. Это замечание особенно актуально при низких выходных напряжениях (3-15 В) и больших токах нагрузки (15-100 А) источников.

В указанных целях чаще всего используются диоды Шоттки и современные быстродействующие диоды (fast-FRED, ultrafast-FRED). Диоды Шоттки имеют малое падение напряжения в прямом состоянии (U_F = 0,35...0,9 В) и высокое быстродействие (время обратного восстановления t_rr = 35...100 нс), однако при их выключении возникает "ВЧ-звон", для подавления (ослабления) которого они должны шунтироваться не конденсаторами, а R_дC_д-цeпями (RC-поглотителями).

7) На седьмом этапе производится расчет силового ВЧ-трансформатора с оценкой его паразитных параметров, и применяются конструктивные мероприятия по секционированию обмоток, намотке экранов и т. д.

8) На восьмом этапе рассчитывается выходной фильтр по заданным величинам ВЧ-пульсаций и помех (мВ, "пик-пик"). При этом при расчете надо иметь в виду паразитные параметры дросселей и конденсаторов и использовать справочные данные по частотным свойствам (характеристикам) этих компонентов.

Для однозвенного LC-фильтра на высокой частоте (100-250 кГц) можно реально получить величину коэффициента сглаживания (подавления) ВЧ-пульсаций порядка 35-50 дБ. Второе звено фильтра обычно имеет небольшую величину коэффициента сглаживания по ВЧ-пульсациям (15-25 дБ). В большей степени его назначение заключается в подавлении коммутационных помех за счет маловитковых дросселей с малой паразитной индуктивностью и конденсаторов, желательно танталовых и керамических, обладающих малыми величинами ESR и ESL.

Таким образом, общий коэффициент подавления ВЧ-пульсаций может составить порядка 50-75 дБ (300-5500). Для примера предположим: выходное напряжение U_ВЫХ = 27 В, амплитуда входного напряжения на входе ВЧ-выпрямителя U_BX = 75 В, пульсации U_ВЫХ~ = 75/(300...5500)≈ ≈ 14...250 мВ "пик-пик".

Величина кондуктивных несимметричных помех на выходе предварительно практически не рассчитывается, а оценивается, исходя из аналогов и личного опыта. Для существенного уменьшения уровня несимметричных помех ("иголки", "пички") рекомендуется предусматривать на выходах симметрирующие (относительно корпуса) керамические конденсаторы небольшой емкости (<0,1 мкФ), "одновитковые" дроссели (проводник через ферритовую бусинку), проходные конденсаторы и фильтры. В этом аспекте очень важную роль играют заземление и конструктивные меры: оптимальная разводка электромонтажа, экранирование компонентов и всего блока в целом.

Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1063; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!