Análise de características EMI e técnica de supressão de campos magnéticos próximos

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 7767 (2022) Cite este artigo

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Com a melhoria contínua da densidade de energia do adaptador de fornecimento de energia (PD), a frequência de comutação aumenta e o volume diminui. Os problemas de EMI causados ​​por efeitos de acoplamento magnético de campo próximo tornaram-se gargalos na supressão de EMI do adaptador PD. Neste artigo, as características de acoplamento do campo magnético são analisadas profundamente, e o circuito equivalente considerando os efeitos de acoplamento de campo próximo é derivado. De acordo com a teoria do campo eletromagnético, os modelos matemáticos de acoplamento de campo próximo entre o transformador, bem como os circuitos de PCB de energia e o plugue de entrada são estabelecidos. Com base nisso, é estudada a influência dos parâmetros de estrutura do plugue de entrada. Finalmente, uma nova estrutura de loop de plugue de entrada é proposta, o que pode reduzir os efeitos de acoplamento de campo próximo entre o transformador, bem como os circuitos de potência do PCB e o plugue de entrada. Os resultados experimentais comprovam que a análise teórica é correta e eficaz.

Com o aumento contínuo da densidade de energia do adaptador de fornecimento de energia (PD), a distância entre os dispositivos está ficando cada vez mais próxima. O acoplamento eletromagnético entre dois componentes está se tornando enorme. Além disso, a interferência eletromagnética (EMI) causada por efeitos de acoplamento de campo próximo tornou-se um gargalo no projeto do adaptador PD1,2,3. Os efeitos de acoplamento de campo próximo são difíceis de entender e lidar.

Quanto à influência do acoplamento de campo próximo magnético na EMI, os resultados da pesquisa concentram-se principalmente no efeito do acoplamento de campo próximo entre os componentes de potência magnética e o filtro EMI4,5,6,7,8. Na Ref.6, a distribuição do campo magnético de fuga da bobina de correção do fator de potência (PFC) e a sensibilidade da bobina de modo comum (CM) em um conversor PFC são analisadas. Isso revela que a perda de inserção do filtro EMI pode ser deteriorada pelo acoplamento do campo magnético entre as bobinas PFC e CM. Na Ref.7, a distribuição do campo magnético do transformador planar e a influência na bobina de indução CM na fonte de alimentação foram analisadas. Além disso, o layout, a blindagem e o método de projeto de estrangulamento CM são propostos para reduzir os efeitos do acoplamento magnético de campo próximo para suprimir o ruído EMI.

Além disso, a característica do filtro EMI também pode ser afetada pelo acoplamento magnético de campo próximo entre os componentes dentro do filtro EMI8,9,10,11. Na Ref.8, o acoplamento de campo próximo entre dois capacitores shunt no filtro EMI é analisado, e um método de acoplamento mútuo negativo é proposto para compensar a indutância série equivalente (ESL) dos capacitores. Na Ref.9 é analisado o acoplamento eletromagnético de um filtro CLC EMI. Um método é proposto para balancear o acoplamento parasita indutivo e capacitivo entre dois capacitores. Ele pode otimizar o desempenho do filtro EMI. Na Ref.10, analisa-se o acoplamento do campo magnético em um filtro EMI de dois estágios. Um método de integração de indutores em série usando efeitos de acoplamento de campo próximo é proposto para melhorar o desempenho de baixa frequência do filtro DM EMI.

No entanto, o plugue de entrada próximo aos circuitos de potência de alta frequência também é um possível caminho de propagação de ruído devido aos efeitos de acoplamento de campo próximo, especialmente em aplicações de alta densidade de potência12,13,14. Um indutor CM paralelo de fio duplo no adaptador PD é geralmente adotado para reduzir os efeitos de acoplamento de campo próximo entre os componentes magnéticos de potência e o indutor CM. Nesse caso, os caminhos de acoplamento de campo próximo no adaptador PD compacto são bem diferentes dos tradicionais.

Portanto, este artigo analisa as características de acoplamento de campo próximo em um adaptador PD compacto e estuda a influência do acoplamento de campo próximo no ruído EMI conduzido por DM. O acoplamento do campo magnético entre o transformador, bem como os loops de corrente de energia da PCB e o loop do plugue de entrada são intensamente estudados. Os modelos matemáticos de acoplamento são construídos, então um método de otimização de acoplamento de campo próximo é proposto. Finalmente, experimentos verificam se a análise da teoria é correta e flexível.