स्विचिंग पावर सप्लाई की ईएमआई नियंत्रण प्रौद्योगिकी पर विश्लेषण
इस पत्र में, स्विचिंग बिजली आपूर्ति में ईएमआई के तंत्र का विस्तार से विश्लेषण किया गया है, और ईएमआई दमन रणनीतियों की एक श्रृंखला को आगे रखा गया है, इस प्रकार स्विचिंग बिजली आपूर्ति की विद्युत चुम्बकीय संगतता में प्रभावी रूप से सुधार हुआ है।
स्विचिंग पावर सप्लाई एक प्रकार का पावर इलेक्ट्रॉनिक उत्पाद है जो पावर सेमीकंडक्टर डिवाइस का उपयोग करता है और पावर कन्वर्जन तकनीक, इलेक्ट्रॉनिक इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तकनीक और स्वचालित नियंत्रण तकनीक को एकीकृत करता है। कम बिजली की खपत, उच्च दक्षता, छोटी मात्रा, हल्के वजन, स्थिर काम, सुरक्षा और विश्वसनीयता और व्यापक वोल्टेज स्थिरीकरण रेंज के अपने लाभों के कारण, इसका व्यापक रूप से कंप्यूटर, संचार, इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, औद्योगिक स्वचालित नियंत्रण, राष्ट्रीय रक्षा और घरेलू उपकरणों के क्षेत्र में उपयोग किया जाता है। हालाँकि, स्विचिंग पावर सप्लाई में खराब क्षणिक प्रतिक्रिया होती है और यह विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (EMD) से ग्रस्त होती है, और EMI सिग्नल एक विस्तृत आवृत्ति रेंज पर कब्जा कर लेता है और इसका एक निश्चित आयाम होता है। ये EMI सिग्नल चालन और विकिरण के माध्यम से विद्युत चुम्बकीय वातावरण को प्रदूषित करते हैं, और संचार उपकरणों और इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में हस्तक्षेप का कारण बनते हैं, इस प्रकार स्विचिंग पावर सप्लाई के उपयोग को कुछ हद तक सीमित कर देते हैं।
1 स्विचिंग पावर सप्लाई विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप का कारण बनती है
इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस (ईएमआई) अप्रत्याशित विद्युत चुम्बकीय गड़बड़ी के कारण इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम या सबसिस्टम के प्रदर्शन को होने वाली क्षति है। इसमें तीन बुनियादी तत्व शामिल हैं: इंटरफेरेंस स्रोत, यानी विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप ऊर्जा उत्पन्न करने वाले उपकरण; युग्मन चैनल, यानी विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को संचारित करने के लिए चैनल या माध्यम; संवेदनशील उपकरण, यानी विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप से क्षतिग्रस्त डिवाइस, उपकरण, सबसिस्टम या सिस्टम। इसके आधार पर, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को नियंत्रित करने के बुनियादी उपाय हैं: हस्तक्षेप स्रोतों को दबाना, आपदा के रास्ते को काटना, हस्तक्षेप के प्रति संवेदनशील उपकरणों की प्रतिक्रिया को कम करना या विद्युत चुम्बकीय संवेदनशीलता स्तर को बढ़ाना।
स्विचिंग पावर सप्लाई के कार्य सिद्धांत के अनुसार, यह ज्ञात है कि स्विचिंग पावर सप्लाई पहले पावर फ्रीक्वेंसी अल्टरनेटिंग करंट को डायरेक्ट करंट में सुधारती है, फिर इसे हाई फ्रीक्वेंसी अल्टरनेटिंग करंट में बदल देती है, और अंत में स्थिर डायरेक्ट करंट वोल्टेज प्राप्त करने के लिए इसे सुधार और फ़िल्टरिंग के माध्यम से आउटपुट करती है। सर्किट में, पावर ट्रायोड और डायोड मुख्य रूप से स्विचिंग अवस्था में काम करते हैं, और माइक्रोसेकंड क्रम में काम करते हैं; जब ट्रायोड और डायोड को चालू और बंद किया जाता है, तो बढ़ते और गिरते समय के दौरान करंट में बहुत बदलाव होता है, जिससे रेडियो फ्रीक्वेंसी ऊर्जा उत्पन्न करना और हस्तक्षेप स्रोत बनाना आसान होता है। साथ ही, ट्रांसफॉर्मर का लीकेज इंडक्शन और आउटपुट डायोड के रिवर्स रिकवरी करंट के कारण होने वाला पीक भी संभावित इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंटरफेरेंस बनाएगा।
स्विचिंग बिजली की आपूर्ति आमतौर पर उच्च आवृत्ति पर काम करती है, और आवृत्ति 02 kHz से ऊपर होती है, इसलिए इसकी वितरित धारिता को नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है। एक ओर, हीट सिंक और स्विच ट्यूब के कलेक्टर के बीच इन्सुलेशन शीट में एक बड़ा संपर्क क्षेत्र और एक पतली इन्सुलेशन शीट होती है, इसलिए उनके बीच वितरित धारिता को उच्च आवृत्ति पर नजरअंदाज नहीं किया जा सकता है, और उच्च आवृत्ति धारा वितरित धारिता के माध्यम से हीट सिंक में और फिर चेसिस ग्राउंड में प्रवाहित होगी, जिसके परिणामस्वरूप सामान्य-मोड हस्तक्षेप होगा; दूसरी ओर, पल्स ट्रांसफार्मर के प्राथमिक चरणों के बीच एक वितरित धारिता होती है, जो प्राथमिक वाइंडिंग के वोल्टेज को सीधे द्वितीयक वाइंडिंग में फ्यूज कर सकती है और द्वितीयक वाइंडिंग के डीसी आउटपुट के साथ दो बिजली लाइनों पर सामान्य-मोड हस्तक्षेप उत्पन्न कर सकती है।
इसलिए, स्विचिंग बिजली आपूर्ति में हस्तक्षेप स्रोत मुख्य रूप से स्विचिंग ट्यूब, डायोड और उच्च आवृत्ति ट्रांसफार्मर जैसे घटकों के साथ-साथ एसी इनपुट और सुधार आउटपुट सर्किट में केंद्रित होते हैं।
2 स्विचिंग पावर सप्लाई के विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को दबाने के उपाय
आम तौर पर, स्विचिंग बिजली आपूर्ति का EMI नियंत्रण मुख्य रूप से फ़िल्टरिंग तकनीक, परिरक्षण तकनीक, सीलिंग तकनीक और ग्राउंडिंग तकनीक को अपनाता है। ट्रांसमिशन रूट के अनुसार EMI हस्तक्षेप को चालन हस्तक्षेप और विकिरण हस्तक्षेप में विभाजित किया जा सकता है। स्विचिंग बिजली आपूर्ति मुख्य रूप से हस्तक्षेप का संचालन करती है, और इसकी आवृत्ति रेंज सबसे चौड़ी होती है, लगभग 10kHz-30MHz। संचालित हस्तक्षेप को दबाने के लिए प्रतिवाद मूल रूप से तीन आवृत्ति बैंड में हल किए जाते हैं: 10kHz-150kHz, 150kHz-10MHz और ऊपर। सामान्य हस्तक्षेप मुख्य रूप से 10kHz से 150kHz की सीमा में होता है, जिसे आम तौर पर सामान्य LC फ़िल्टर द्वारा हल किया जाता है। सामान्य-मोड हस्तक्षेप मुख्य रूप से 150kHz-10 MHz की सीमा में होता है, जिसे आम तौर पर सामान्य-मोड अस्वीकृति फ़िल्टर द्वारा हल किया जाता है। 10MHz से ऊपर की आवृत्ति बैंड के लिए प्रतिवाद फ़िल्टर के आकार को सुधारना और विद्युत चुम्बकीय परिरक्षण उपाय करना है।
2.1 एसी इनपुट ईएमआई फिल्टर का उपयोग करना।
आम तौर पर, कंडक्टर पर हस्तक्षेप धारा संचारित करने के दो तरीके हैं: सामान्य मोड और अंतर मोड। सामान्य-मोड हस्तक्षेप वाहक द्रव और पृथ्वी के बीच का हस्तक्षेप है: हस्तक्षेप का परिमाण और दिशा समान होती है, और यह बिजली आपूर्ति की किसी भी सापेक्ष पृथ्वी के बीच या तटस्थ रेखा और पृथ्वी के बीच मौजूद होता है। यह मुख्य रूप से du/dt द्वारा उत्पन्न होता है, और di/dt भी कुछ सामान्य-मोड हस्तक्षेप उत्पन्न करता है। अंतर मोड हस्तक्षेप वाहक तरल पदार्थों के बीच का हस्तक्षेप है: हस्तक्षेप परिमाण में बराबर और दिशा में विपरीत होता है, और यह बिजली आपूर्ति की चरण रेखा और तटस्थ रेखा और चरण रेखा और चरण रेखा के बीच मौजूद होता है। जब हस्तक्षेप धारा कंडक्टर पर संचारित होती है, तो यह सामान्य मोड और अंतर मोड दोनों में दिखाई दे सकती है।
एसी पावर ट्रांसमिशन लाइन में उपरोक्त दो प्रकार के हस्तक्षेप होते हैं, आमतौर पर कम आवृत्ति अंतर मोड हस्तक्षेप और उच्च आवृत्ति सामान्य मोड हस्तक्षेप। आम तौर पर, अंतर मोड हस्तक्षेप का आयाम छोटा होता है, आवृत्ति कम होती है, और हस्तक्षेप छोटा होता है; सामान्य-मोड हस्तक्षेप में बड़ा आयाम और उच्च आवृत्ति होती है, और यह तारों के माध्यम से विकिरण भी उत्पन्न कर सकता है, जो बहुत हस्तक्षेप करता है। यदि एसी बिजली आपूर्ति के इनपुट छोर पर एक उपयुक्त ईएमआई फिल्टर का उपयोग किया जाता है, तो विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप को प्रभावी ढंग से दबाया जा सकता है। पावर लाइन ईएमआई फिल्टर का मूल सिद्धांत चित्र 1 में दिखाया गया है, जिसमें अंतर मोड कैपेसिटर C1 और C2 का उपयोग अंतर मोड हस्तक्षेप वर्तमान को शॉर्ट-सर्किट करने के लिए किया जाता है, जबकि मध्यवर्ती लाइन ग्राउंडिंग कैपेसिटर C3 और C4 का उपयोग सामान्य मोड हस्तक्षेप वर्तमान को शॉर्ट-सर्किट करने के लिए किया जाता है। कॉमन-मोड चोक कॉइल दो कॉइल से बना होता है जिसमें समान मोटाई होती है और एक ही दिशा में एक चुंबकीय कोर पर घाव होता है। यदि दो कॉइल के बीच चुंबकीय युग्मन बहुत करीब है, तो रिसाव अधिष्ठापन बहुत छोटा होगा, जो बिजली लाइन की आवृत्ति रेंज में खराब है।
मोड रिएक्शन बहुत छोटा हो जाएगा; जब लोड करंट कॉमन-मोड चोक से होकर बहता है, तो फेज लाइन पर सीरीज में जुड़े कॉइल द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र रेखाएं न्यूट्रल लाइन पर सीरीज में जुड़े कॉइल द्वारा उत्पन्न लाइनों के विपरीत होती हैं, और वे चुंबकीय कोर में एक दूसरे को रद्द कर देती हैं। इसलिए, बड़े लोड करंट के मामले में भी, चुंबकीय कोर संतृप्त नहीं होगा। कॉमन-मोड इंटरफेरेंस करंट के लिए, दो कॉइल द्वारा उत्पन्न चुंबकीय क्षेत्र एक ही दिशा में होते हैं, जो एक बड़ा इंडक्शन पेश करेगा, इस प्रकार कॉमन-मोड इंटरफेरेंस सिग्नल को कम करने में भूमिका निभाएगा। यहां, कॉमन मोड चोक कॉइल को उच्च पारगम्यता और अच्छी आवृत्ति विशेषताओं के साथ फेराइट चुंबकीय सामग्री से बनाया जाना चाहिए।
