Анализ помехообразования персонального компьютера

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В статье исследуются симметричные (СМ) кондуктивные электромагнитные помехи (ЭМП) от бытовой электронной нагрузки, в частности от персональных компьютеров (ПК). Высокое насыщение бытовых распределительных сетей нагрузками с импульсными источниками питания (ИИП) вызывает трудности в обеспечении электромагнитной совместимости (ЭМС) и энергоэффективности. При моделировании СМ ЭМП от ИИП ПК анализируются высокочастотные (ВЧ) эквивалентные схемы, получают математическое описание коммутационных ЭМП.

В современных ИИП повышение КПД достигается за счет роста частоты работы силовых активных элементов, что приводит к появлению ЭМП высокого уровня (~100 дБ/мкВ) и широкого спектра (103 - 106 Гц). Проблема обеспечения ЭМС бытовых электроприемников (ЭП) с ИИП, в частности ПК, заключается в снижении восприимчивости самого прибора к внешним ЭМП за счет установки ВЧ-фильтров, а также в сведении к минимуму внутренних помех, генерируемых в нормальных режимах работы схемы [1]. Уровни кондуктивных ЭМП нормируются ГОСТ 30428-96 [2].

ИИП ПК являются источниками интенсивных ЭМП, влияя на работу прочих бытовых ЭП, подключенных к общей питающей сети. Кондуктивные помехи проникают в первичную сеть через паразитные индуктивные и емкостные связи разделительного трансформатора, дросселей и конденсаторов фильтров, общий заземляющий контур, а также соединительные провода, и могут приводить к таким негативным последствиям как:

1. Сбои и ошибки в работе телекоммуникационного оборудования и радиоаппаратуры.

2. Старение и износ входных фильтров ЭП, вызванные низкочастотными компонентами в спектре ЭМП.

3. Резонансные явления и автоколебания в цепях ЭП от ЭМП, наводимых в питающих кабелях оборудования.

В данной статье рассматриваются СМ ЭМП, генерируемые при обычных коммутациях силовых элементов ИИП и представляющие собой скачки и импульсы напряжения, которые иногда сопровождаются резонансными колебаниями в паразитных LC-контурах. На рисунке 1 представлена эквивалентная ВЧ-схема ИИП ПК, состоящая из силовой части (СЧИП) на основе полумостового инвертора, мостового выпрямителя с емкостным фильтром (МВЕФ), подключенных к сети через эквивалент сети (ЭС). При составлении данной схемы были приняты следующие допущения:

1. Биполярные транзисторы S1, S2 и диоды Шоттки D1, D2 во включенном состоянии замещаются участками с нулевым сопротивлением; в выключенном состоянии транзисторы замещаются емкостями перехода СС, диоды - обрывом.

2. Сопротивления обмоток и паразитные емкости первичной и вторичных обмоток трансформатора не учитываются. Коэффициент трансформации много больше единицы, паразитные емкости вторичных обмоток малы по сравнению с емкостью СS первичной обмотки и ими можно пренебречь.

3. Для ВЧ пульсаций паразитные параметры емкостных фильтров и выходного сглаживающего дросселя, а именно паразитные индуктивности lCf, lC и емкость CL, представляют гораздо меньшее сопротивление, чем их основные параметры емкости Cf, С и индуктивность L соответственно.

импульсный транзистор частотный электромагнитный

Рисунок 1 - ВЧ эквивалентная схема ИИП ПК

Для получения математических выражений, описывающих переходные напряжения на транзисторах и диодах после выключения и включения транзистора (рисунок 2), СЧИП анализируется отдельно, после чего транзисторы и диоды замещаются источниками напряжения помехи и рассчитывается напряжение на измерительном резисторе RЭС ЭС. При нормальной работе схемы перенапряжения на транзисторах S1, S2 и диодах D1, D2 возникают в двух случаях: при выключении и включении транзисторов [3].

В первый момент после выключения транзистора на интервале (DT, DT+Дt) его паразитная емкость СС перехода начинает заряжаться до величины Ug/2 (этап 1, рисунок 2). При этом напряжение на первичной обмотке трансформатора становится равным нулю, тем самым к диоду D1 прикладывается нулевое напряжение и он открывается, меняя структуру схемы и начиная этап 2 переходного процесса. Включение диода создает новый контур для протекания тока, вызывая перераспределение энергии между паразитными индуктивностями вторичных обмоток на интервале (DT+Дt, Т/2); образуется резонансный контур (этап 2, рисунок 2), состоящий из индуктивностей рассеяния трансформатора и паразитной емкости дросселя.

В общем случае переходной процесс состоит в линейном росте напряжения на первичной обмотке трансформатора и, соответственно, обратного напряжения на диоде, вызывая его отключение; а также в резонансных колебаниях от контура, образованном паразитными индуктивностями вторичной обмотки и емкости дросселя. Однако скорость роста напряжения на первичной обмотке достаточна велика, чтобы считать этот рост мгновенным и рассматривать только резонансные колебания на интервале (Т/2, Т/2 + DT).

Рисунок 2 - Кривые напряжения помех на транзисторе и диоде

Пользуясь теоремой задержки, получают общие выражения для напряжений на транзисторе и диоде в частотной области:

Используя данные выражения, с помощью метода контурных токов можно рассчитать напряжение помехи на измерительном сопротивлении RЭС ЭС (рисунок 1). Сравнение результатов теоретического и компьютерного моделирования с нормами ГОСТ будет рассмотрено в одной из следующих работ.

Литература

1. Мкртчян Ж.А. Основы построения устройств электропитания ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1990.

2. ГОСТ 30428-96 Совместимость технических средств электромагнитная. Радиопомехи индустриальные от аппаратуры радиосвязи. Нормы и методы испытаний.

3. Harada K., Ninomiya T. (1977) Noise generation of a switching regulator. IEEE Transactions on aerospace and electronic systems, vol. AES-14, NO.1, January 1978.

Размещено на Allbest.ru