Расчет электромагнитной совместимости блока питания


Проанализируем рисунок печатной платы данного устройства. При анализе обнаружива­ем, что есть две параллельные дорожки, которые заслуживают особого внимания. Это объясняет­ся тем, что один из проводников соединен с коллектором транзистора, с которого импульсы по­ступают на трансформатор. Изменяя импульсы, можно менять соответственно и их форму и, сле­довательно, воздействовать на ход преобразования напряжения. Таким образом, при возникнове­нии помех определенного уровня может возникнуть ситуация, когда будет невозможен запуск или неправильная работа всего стабилизатора в целом.

Чтобы определить какую методику применить для вычисления помехи или их совмест­ного действия нужно определить тип электрического соединения. Все электрические соединения можно условно разделить на электрически длинные и электрически короткие. Электрическую длину линии определяют из соотношения задержки сигнала в линии 1П и длительностью фронт, импульса Тф. Замечание: данная методика применяется для цифровых (импульсных) схем, но т.к. у нас полностью аналоговая схема, то применение к ней цифровых методик расчета будет рас­сматриваться с некоторым допущением, упрощением и приближением. Если 1Л>0,1 Тф, то линия считается электрически длинной, если 1Л<0,1 Тф, то линия считается электрически короткой. Для дальнейших вычислений зададимся следующими параметрами входных величин:

1 =0.028 м, hnp = 0,000035 м, W = 0.001 м, d = 0.003 м

Время фронта Тф можно выбрать следующим образом: на вход блока питания подается по­стоянное напряжение с некоторой пульсацией v =50 Гц. Время Тф можно принять как Т/4, где Т определяется как 1/v, Т=1/50=0,02 с => тф = 0,005 с =>0,1*тф=0,0005 с.

Время распространения сигнала по данной линии можно определить по формуле:

л ~3*108м/с’

где 1 — длина линии

1=0.028 м , 1Л = 9,3 *10" 1 с. Отсюда видно, что гл < 0.1 Тф. Следовательно данный фрагмент про­водника печатной платы является электрически короткой линией связи.

Определим степень влияния паразитной емкостной связи. Емкость между двумя проводни­ками, расположенными с одной или с двух сторон печатной платы, можно определить, используя графическую зависимость (Рис.1) и по формуле СП0*1*Е, где С0 — удельная емкость линии ПФ/СМ.

Найдем d/W=3/l=3 из рисунка видно, что соответствует удельной емкости Со=0,004 пФ Удельная емкость представляет собой коэф., вели­чина которого зависит от ширины проводников и их взаимного расположения. Величина Е — это ди­электрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между проводниками

При расположении проводников, которому соответствует график, линии электрического поля проходят частично через воздух, а частично через изоляционную плату . Поэтому в формулу следует подставлять среднеарифметическое значение диэлектрической проницаемости воздуха и изоляционного материала, которые можно определить по формуле:

Е=(Евст)/2=(1+5)/2=3

где:

Ест — проницаемость стеклотекстолита Ев — воздуха.

С„ = 0,112 пФ

Найдем реактивное сопротивление по следующей формуле:

1 X,

Спар 2 * 71 * V * С

Реактивное сопротивление будем искать на рабочей частоте блока, т.е. f = 31000 Гц

ХСпар = 4586*10? °М

Видно, что паразитная емкость не вносит никаких значимых искажений в наш сигнал и не влияет на функционирование стабилизатора.

Определим общую допустимую длину проводников данного фрагмента схемы печатной платы, при которой данная паразитная емкость не влияет на работу стабилизатора. Допустимая общая длина находится из следующего неравенства: Кп — коэффициент помехоустойчивости элемента, а — толщина печатной платы, W- ширина печатной платы, d- расстояние между дорожками на печатной плате. Коэффициент помехоустойчивости определяем как:

Un — амплитуда помехи,

uhom — номинальное напряжение помехи.

Так как, мы имеем напряжение в 5 В, протекающее по данной параллельной дорожке, то примем амплитуду помехи тоже за 5 В, номинальное напряжение помехи 15В. Тогда коэффици­ент помехоустойчивости будет равен:

Кп = 0,3

Найдем допустимую общую длину с учетом, что Тф = 0,005 с, Кп=0,3 КВЫх = R7 + RTp=50 300 = 350 Ом.

1С = 11,6 м

Очевидно, что при такой длине параллельных проводников данной конструкции емкостные помехи не возникают, да и реальная длина параллельных проводников есть 0,028 м.

Для выполнения условия надежной работы устройства необходимо, чтобы выполнялось неравенство:

С„ар < 4.285 *10

Данное условие выполняется, следовательно, устройство работает надежно и емкостная помеха настолько мала, что не влияет на работу.

Рассмотрим индуктивную связь между данными параллельными проводниками печатной платы.

Паразитную взаимную индукцию можно определить по формуле:

где LI, L2 — индуктивности рассматриваемых проводников печатной платы, К- коэффициент, который определяется по макету устройства. Для данного устройства примем, что он составляет К=0,1%. Так как толщина и длина двух данных параллельных печатных проводников одинаковы, то и соответствующие индуктивности L1 и L2 будут равны.

Индуктивность проводника можно определить из следующего соотношения:

d0 — 0,67 *hnp+ 0,567 *W

d0 = 5,9*10 4м L=5,8 мГ

Определим величину паразитной взаимной индукции:

М = 5,1 мкГ

Для того, чтобы определить степень влияния паразитной взаимной индуктивности необ­ходимо найти ипорог- В данной схеме не может быть Un0por, поэтому примем Unopor

А 1 ATT +TT =1 1*ТТ "91 ‘-‘НОМ’ ^НОМ А9А ^НОМ-

UHOM =16,5 В

Для обеспечения устойчивой работы устройства, необходимо и достаточно, чтобы вы­полнялось неравенство:

Определим величину I через выражение ин0м/Квых- Произведя преобразования, получаем следующее неравенство:

1 1 *11 *т *R
М < ‘ ном Ф вых -Ц* т *R

1?1ПОР ^ jt ~~ 1»1 1ф ^ВЫХ

ном

М„ор< 1.925 Из этих расчетов видно, что паразитная взаимная индуктивность не влияет на функционирование схемы.