166

В импульсных источниках с ШИМ существует несколько основных источников шума. Основным источником шума является входная схема питания. Она содержит ключ, первичную обмотку трансформатора и конденсатор входного фильтра. Конденсатор входного фильтра обеспечивает импульсы тока трапецеидальной формы, необходимые источнику питания.

Другим источником шума являются дорожки печатной платы, на которой расположены компоненты преобразователя. Дорожки должны быть максимально короткими и толстыми. Толстые дорожки имеют меньшую индуктивность, чем тонкие. Длина дорожек обусловливает частоты ЭМП, излучаемых в окружающее пространство.

Для того чтобы уменьшить длину соединений, конденсатор входного фильтра и ключ должны располагаться рядом с трансформатором. Кроме того, используемые конденсаторы должны иметь малые значения эквивалентного последовательного сопротивления и эквивалентной последовательной индуктивности. Чем больше значения этих паразитных параметров, тем большими будут синфазные кондуктивные помехи на входе источника питания.

Нормирование ЭМП. Разработаны специальные нормативы, определяющие допустимые уровни индустриальных помех, которые обязаны выполнять все разработчики электронной аппаратуры.

Многие стандарты разделяют аппаратуру, излучающую ЭМП, на два класса. К первому классу относят источники электропитания, эксплуатируемые вне жилых домов и не подключаемые к электрическим сетям жилых домов. Второй класс образуют ИВЭП, эксплуатируемые в жилых домах и подключаемые к электрическим сетям жилых домов.

Стандарты определяют допустимые значения напряжения радиопомех на сетевых и выходных зажимах устройств.

3. Методы подавления ЭМП

Существует несколько основных методов, позволяющих снизить уровень электромагнитных помех на входе и выходе преобразователя.

1.Применение фильтров защиты от радиопомех (ФРП).

2.Экранирование отдельных узлов преобразователя.

3.Применение экранов в качестве корпусов преобразователей. Рассмотрим подробнее перечисленные методы подавления ЭМП.

Фильтры защиты от радиопомех устанавливаются во входной и выходной цепях преобразователя. Такой фильтр должен подавлять как дифференциальную, так и синфазную составляющие ЭМП.

Сетевые фильтры должны ослаблять колебания высокой частоты и пропускать без ослабления колебания низкой (промышленной) частоты. Поэтому их реализуют на основе фильтров нижних частот (ФНЧ),

167

Эффективность сетевого фильтра оценивают вносимым затуханием для сигнала помех. Его принято выражать в децибелах:

A =20 lg U1 ,

U2

Где U1 – напряжение помех при отсутствии фильтра; U 2 – напряжение помех при наличии фильтра.

Помехоподавляющие фильтры реализуют путем каскадного соединения Г-образных или Т-образных звеньев. Комбинируя такие звенья, добиваются нужного уровня затухания. Структура фильтра определяется во многом внутренним сопротивлением источника помех. сопротивлением сети и видом помех.

На рис. 17.1 показана типовая схема двухзвенного фильтра, обеспечивающего подавление синфазных и дифференциальных помех.

Рис. 17.1

Дроссели L1 и L2 содержат по две обмотки, расположенные на одном сердечнике. Первое звено фильтра образовано конденсаторами , дросселем

L1

Экранирование отдельных узлов преобразователя. Эта мера позволяет снизить помехи, излучаемые отдельными узлами. Примером может служить дроссель с сердечником, имеющим воздушный зазор. Дроссель создает интенсивное электромагнитное поле, влияющее на соседние компоненты преобразователя. Эту проблему можно решить с помощью экрана, выполненного из медной фольги. Подобный экран может быть использован в силовом трансформаторе преобразователя. Экран может быть соединен с общей точкой на стороне первичной или вторичной обмоток.

168

Корпус преобразователя должен служить электромагнитным экраном для шума, излучаемого отдельными узлами. В конструкции корпуса следует использовать магнитные материалы на металлической основе. Это может быть железо, сталь и т.д. Для пластиковых корпусов имеется ассортимент проводящих красок, которые можно использовать для экранирования корпуса от электромагнитных помех.

5. Выводы

1. Импульсные источники вторичного электропитания являются источниками интенсивных электромагнитных помех (ЭМП).

2. Различают кондуктивные помехи, распространяющиеся по проводам, и излучаемые помехи, распространяющиеся через окружающее пространство.

3. Для подавления высокочастотных электромагнитных помех необходимы специальные фильтры, устанавливаемые между внешней сетью и ИВЭП. Такие фильтры называют сетевыми.

4. Разработаны специальные нормативы, определяющие допустимые уровни индустриальных помех, которые обязаны выполнять все разработчики электронной аппаратуры.

169

Заключение

Энергетическая электроника является динамичным научнотехническим направлением, результаты которого используются в различных областях техники и технологий.

Источники вторичного питания различной аппаратуры являются преобразователями электрической энергии и обеспечивают параметры ., необходимые потребителю. Работа ИВЭП должна быть согласована с характеристиками питающей сети и удовлетворять большому числу требований, в том числе связанных с изменением режимов работы как сети, так и нагрузки.

Принципы преобразования электрической энергии, элементная база преобразовательных устройств, их конструкции непрерывно обновляются. Достижения в схемотехнике импульсных преобразователей, новые компоненты и материалы позволили, не снижая КПД, уменьшить размеры и вес преобразователей при той же выходной мощности.

Одним из основных направлений энергетической электроники является переход к распределенным системам, когда отдельные узлы аппаратуры получают электропитание от отдельных источников.

Другим важным направлением является уменьшение напряжений ИВЭП, связанное с тем, что напряжения современных микропроцессоров составляют 1 … 2.5 В. Токи, потребляемые такими низковольтными устройствами, достигают десятков и сотен ампер.

Уже говорилось о том, что в 20 – 25% общего количества электроэнергии в мире потребляется в виде постоянного тока. Поэтому улучшение КПД ИВЭП имеет важное значение и для экономики, и для экологии. Увеличение КПД на несколько процентов означает экономию десятков миллионов тонн угля и нефти в год.