Электромагнитная совместимость электронных устройств

Работа силовых электронных устройств, как правило, сопряжена с резкими скачками протекающего по цепям электрического тока. Такие скачки могут происходить при коммутациях цепей питания электронных устройств, включениях исполнительных устройств – двигателей, пускателей; при резких изменениях тока нагрузки. Импульсы тока приводят к скачкам напряжения в цепях питания, а также к появлению электромагнитных помех, распространяемых через эфир. Эти помехи оказывают отрицательное влияние на работу других электронных устройств. У аналоговых устройств – усилителей, преобразователей – снижается точность их работы. В импульсных и цифровых устройствах такие импульсные помехи воспринимаются как ложные сигналы, которые приводят к сбоям в работе.

Помехи в цепях питания

Наиболее сильное влияние на работу электронных устройств оказывают помехи, проходящие по цепям питания. Как было показано в параграфе 2.8, существует две основные структуры источников электропитания – линейные ИВЭП (см. рис. 2.27, а), подключаемые к первичному питанию через трансформатор, и ИВЭП с бестраисформаторным входом (см. рис. 2.27, б). В линейных ИВЭП регулирующий элемент работает в линейном режиме, увеличивая или уменьшая ток, поступающий в нагрузку. Сами по себе эти ИВЭП не создают мощных помех. Однако скачки тока в нагрузке и создаваемые ими помехи будут передаваться через ИВЭП в первичную сеть, через которую могут воздействовать на работу других устройств. Величина этих помех, однако, не велика, так как входной развязывающий трансформатор существенно их ослабляет. Кроме того, развязывающий трансформатор может дополняться специальными емкостной и компенсационной обмотками, которые дополнительно снижают как влияние флуктуаций входного первичного напряжения на работу ИВЭП, так и выбросов и провалов выходного напряжения ИВЭП на первичную сеть.

По-иному обстоит дело с использованием ИВЭП с бестрансформаторным входом. Применение этих ИВЭП чрезвычайно эффективно ввиду значительно более высокого КПД и существенно меньших массы и габаритных параметров. Однако уровень помех, создаваемых этими ИВЭП, требует специальных мер защиты. Инвертор ИВЭП, работающий в ключевом режиме, осуществляет преобразование выпрямленного постоянного напряжения в переменное с частотой прямоугольных импульсов от 20 до 100 кГц. Сила тока импульсов определяется мощностью, которая должна отдаваться ИВЭП в нагрузку. Естественно, что такие импульсы неизбежно создают мощные помехи, распространяющиеся по цепям первичного питания и в виде электромагнитного излучения через эфир.

Рис. 2.38. Фильтр, применяемый для защиты первичного питания от помех, создаваемых ИВЭП с бестрансформаторным входом

Для защиты первичного питания от помех, создаваемых инвертором, во входных цепях применяются специальные LC-фильтры (рис. 2.38), похожие на сглаживающие фильтры, рассмотренные в параграфе 2.8 (см. рис. 2.30, в).

Эти фильтры рассчитываются на частоты свыше десятков килогерц. Индуктивное сопротивление дросселя LфxL = ωL на частоте первичной сети очень невелико и не влияет на передачу энергии из первичной сети ~220 В в ИВЭП. На частоте помехи это сопротивление становится весьма большим и препятствует распространению помех в первичную сеть. Конденсаторы, напротив, на частоте первичной сети имеют высокое емкостное сопротивление хс = 1/ωС, поэтому потерь передачи энергии из первичной сети в ИВЭП не вызывают. Для импульсов помехи их емкостное сопротивление становится низким, и через это сопротивление происходит шунтирование сигнала помехи. Кроме того, во входных цепях применяются специальные проходные конденсаторы Сп. Эти конденсаторы представляют собой проводник, окруженный шайбой. Между шайбой и проводником – слой диэлектрика, так что проводник и шайба образуют конденсатор. Шайба впаивается в корпус ИВЭП, который обычно заземляется. В результате между проводником и заземленным корпусом образуется емкостная связь. Через эту емкость на высокой частоте помехи происходит ее замыкание на землю.

Другой вид помех, связанный с работой ИВЭП, заключается в кратковременных скачках выходного напряжения при резких изменениях тока нагрузки. Скачкообразное увеличение или уменьшение потребляемого тока может привести к выбросам выходного напряжения ИВЭП, дестабилизирующим работу питаемых им устройств. В этих случаях применяют комбинированный метод стабилизации, заключающийся в применении наряду с ИВЭП с импульсным стабилизатором специального устройства подавления (УП).

В зависимости от выполняемых функций существуют УП провалов и УП выбросов. В УП провалов содержится дополнительный источник питания, который подключается только в переходных режимах при скачкообразном увеличении тока нагрузки. Сигнал управления при появлении таких скачков приводит в действие УП провалов и к нагрузке поступает дополнительный ток, поддерживающий выходное напряжение на допустимом уровне. По достижении выходным напряжением установившегося значения ток, протекающий через УП провалов, прекращается.

УП выбросов предотвращает всплески выходного напряжения, которые могут возникать при скачкообразном уменьшении тока нагрузки. Принцип подавления выбросов заключается в том, что в течение переходного процесса сигнал управления включает УП выбросов, который шунтирует выход ИВЭП и избыток выходного тока ИВЭП замыкается через него.