Analisi delle caratteristiche EMI e tecnica di soppressione del vicino magnetico

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 7767 (2022) Citare questo articolo

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Con il continuo miglioramento della densità di potenza dell'adattatore di alimentazione (PD), la frequenza di commutazione aumenta e il volume diminuisce. I problemi EMI causati dagli effetti di accoppiamento magnetico del campo vicino sono diventati colli di bottiglia nella soppressione EMI dell'adattatore PD. In questo articolo vengono analizzate in modo approfondito le caratteristiche di accoppiamento del campo magnetico e viene derivato il circuito equivalente che considera gli effetti di accoppiamento del campo vicino. Secondo la teoria del campo elettromagnetico vengono stabiliti i modelli matematici dell'accoppiamento del campo vicino tra il trasformatore, i circuiti stampati di potenza e la spina di ingresso. Sulla base di ciò viene studiata l'influenza dei parametri strutturali della spina di ingresso. Infine, viene proposta una nuova struttura ad anello del connettore di ingresso, che può ridurre gli effetti di accoppiamento del campo vicino tra il trasformatore, i circuiti PCB di potenza e il connettore di ingresso. I risultati sperimentali verificano che l'analisi teorica sia corretta ed efficace.

Con il continuo aumento della densità di potenza dell'adattatore Power Delivery (PD), la distanza tra i dispositivi si avvicina sempre di più. L'accoppiamento elettromagnetico tra due componenti sta diventando enorme. Inoltre, l'interferenza elettromagnetica (EMI) causata dagli effetti di accoppiamento del campo vicino è diventata un collo di bottiglia nella progettazione dell'adattatore PD1,2,3. Gli effetti di accoppiamento del campo vicino sono difficili da comprendere e gestire.

Per quanto riguarda l'influenza dell'accoppiamento magnetico del campo vicino sulle EMI, i risultati della ricerca si concentrano principalmente sull'effetto dell'accoppiamento del campo vicino tra i componenti di potenza magnetica e il filtro EMI4,5,6,7,8. Nel Rif.6, vengono analizzate la distribuzione del campo magnetico di dispersione dell'induttanza di correzione del fattore di potenza (PFC) e la sensibilità dell'induttanza di modo comune (CM) in un convertitore PFC. Rivela che la perdita di inserzione del filtro EMI può essere deteriorata dall'accoppiamento del campo magnetico tra le induttanze PFC e CM. Nel Rif.7 sono state analizzate la distribuzione del campo magnetico del trasformatore planare e l'influenza sulla bobina d'induttanza CM nell'alimentazione. Inoltre, il layout, la schermatura e il metodo di progettazione dell'induttanza CM sono proposti per ridurre gli effetti dell'accoppiamento magnetico del campo vicino per sopprimere il rumore EMI.

Inoltre, le caratteristiche del filtro EMI possono essere influenzate anche dall'accoppiamento magnetico del campo vicino tra i componenti all'interno del filtro EMI8,9,10,11. Nel Rif.8, viene analizzato l'accoppiamento di campo vicino tra due condensatori di shunt nel filtro EMI e viene proposto un metodo di accoppiamento reciproco negativo per compensare l'induttanza in serie equivalente (ESL) dei condensatori. Nel Rif.9 viene analizzato l'accoppiamento elettromagnetico di un filtro EMI CLC. Viene proposto un metodo per bilanciare l'accoppiamento parassita induttivo e capacitivo tra due condensatori. Può ottimizzare le prestazioni del filtro EMI. Nel Rif.10 viene analizzato l'accoppiamento del campo magnetico in un filtro EMI a due stadi. Viene proposto un metodo di integrazione di induttori in serie che utilizza effetti di accoppiamento di campo vicino per migliorare le prestazioni a bassa frequenza del filtro EMI DM.

Tuttavia, anche la spina di ingresso vicina ai circuiti di alimentazione ad alta frequenza costituisce un possibile percorso di propagazione del rumore a causa degli effetti di accoppiamento del campo vicino, soprattutto nelle applicazioni ad alta densità di potenza12,13,14. Un'induttanza CM a doppio filo avvolto in parallelo nell'adattatore PD viene solitamente adottata per ridurre gli effetti di accoppiamento del campo vicino tra i componenti magnetici di potenza e l'induttanza CM. In questo caso, i percorsi di accoppiamento in campo vicino nell'adattatore PD compatto sono piuttosto diversi da quelli tradizionali.

Pertanto, questo articolo analizza le caratteristiche di accoppiamento del campo vicino in un adattatore PD compatto e studia l'influenza dell'accoppiamento del campo vicino sul rumore EMI condotto da DM. L'accoppiamento del campo magnetico tra il trasformatore, i circuiti di corrente di potenza del PCB e il circuito delle prese di ingresso è oggetto di studi approfonditi. Vengono costruiti i modelli matematici di accoppiamento, quindi viene proposto un metodo di ottimizzazione dell'accoppiamento in campo vicino. Infine, gli esperimenti verificano che l'analisi teorica sia corretta e flessibile.