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開關(guān)電源
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    開關(guān)電源輸入EMI電路及設(shè)計前EMI一般應(yīng)對策略
  • 開關(guān)電源輸入EMI電路及設(shè)計前EMI一般應(yīng)對策略
  •   發(fā)布日期: 2018-11-04  瀏覽次數(shù): 1,115

    X電容的作用:

    抑制差模雜訊,電容量越大,抑制低頻雜訊效果越好。

    Y電容的作用:

    抑制共模雜訊,電容量越大,抑制低頻雜訊效果越好。Y電容使次級到初級地線提供一個低阻抗回路,使流向地再通過LISN回來的電流直接短路掉,由于Y電容非完全理想,次級各部分間也存在阻抗,所以不可能全部回來。還是有一部分流到地。Y電容必須直接用盡量短的直線連接到初級和次級的冷地, 如果開通時MOS的dv/dt大于關(guān)斷時的dv/dt, 則Y電容連接到初級的地; 反之連接到V+。

    共模電感的作用:

    抑制共模雜訊,電感量越大,抑制低頻雜訊效果越好。增加共模電流部分的阻抗,減小共模電流。

    差模電感的作用:

    抑制差模雜訊,電感量越大,抑制低頻雜訊效果越好。
    采用交流輸入EMI濾波器

    通常干擾電流在導(dǎo)線上傳輸時有兩種方式:共模方式和差模方式。共模干擾是載流體與大地之間的干擾:干擾大小和方向一致,存在于電源任何一相對大地、或中線 對大地間,主要是由du/dt產(chǎn)生的,di/dt也產(chǎn)生一定的共模干擾。而差模干擾是載流體之間的干擾:干擾大小相等、方向相反,存在于電源相線與中線及 相線與相線之間。干擾電流在導(dǎo)線上傳輸時既可以共模方式出現(xiàn),也可以差模方式出現(xiàn);但共模干擾電流只有變成差模干擾電流后,才能對有用信號構(gòu)成干擾。





    交流電源輸人線上存在以上兩種干擾,通常為低頻段差模干擾和高頻段共模干擾。在一般情況下差模干擾幅度小、頻率低、造成的干擾小;共模干擾幅度大、頻率高, 還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射,造成的干擾較大。若在交流電源輸人端采用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器,則可有效地抑制電磁干擾。電源線EMI濾波器基本原理如圖1所示, 其中差模電容C1、C2用來短路差模干擾電流,而中間連線接地電容C3、C4則用來短路共模干擾電流。共模扼流圈是由兩股等粗并且按同方向繞制在一個磁芯 上的線圈組成。如果兩個線圈之間的磁藕合非常緊密,那么漏感就會很小,在電源線頻率范圍內(nèi)差模電抗將會變得很小;當(dāng)負載電流流過共模扼流圈時,串聯(lián)在相線上的線圈所產(chǎn)生的磁力線和串聯(lián)在中線上線圈所產(chǎn)生的磁力線方向相反,它們在磁芯中相互抵消。 因此即使在大負載電流的情況下,磁芯也不會飽和。而對于共模干擾電流,兩個線圈產(chǎn)生的磁場是同方向的,會呈現(xiàn)較大電感,從而起到衰減共模干擾信號的作用。 這里共模扼流圈要采用導(dǎo)磁率高、頻率特性較佳的鐵氧體磁性材料。



    圖1 電源線濾波器基本電路圖





    利用吸收回路改善開關(guān)波形

    開關(guān)管或 二極管在開通和關(guān)斷過程中,由于存在變壓器漏感和線路電感,二極管存儲電容和分布電容,容易在開關(guān)管集電極、發(fā)射極兩端和二極管上產(chǎn)生尖峰電壓。通常情況下采用RC/RCD吸收回路,RCD浪涌電壓吸收回路如圖2所示。



    圖2 RCD浪涌電壓吸收回路





    當(dāng)吸收回路上的電壓超過一定幅度時,各器件迅速導(dǎo)通,從而將浪涌能量泄放掉,同時將浪涌電壓限制在一定的幅度。在開關(guān)管集電極和輸出二極管的正極引線上串接 可飽和磁芯線圈或微晶磁珠,材質(zhì)一般為鈷(Co),當(dāng)通過正常電流時磁芯飽和,電感量很小。一旦電流要反向流過時,它將產(chǎn)生很大的反電勢,這樣就能有效地 抑制二極管VD的反向浪涌電流。





    利用開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)

    頻率控制技術(shù)是基于開關(guān)干擾的能量主要集中在特定的頻率上,并具有較大的頻譜峰值。如果能將這些能量分散在較寬的頻帶上,則可以達到降低于擾頻譜峰值的目的。通常有兩種處理方法:隨機頻率法和調(diào)制頻率法。





    隨機頻率法是在電路開關(guān)間隔中加人一個隨機擾動分量,使開關(guān)干擾能量分散在一定范圍的頻帶中。研究表明,開關(guān)干擾頻譜由原來離散的尖峰脈沖干擾變成連續(xù)分布干擾,其峰值大大下降。





    調(diào)制頻率法是在鋸齒波中加人調(diào)制波(白噪聲),在產(chǎn)生干擾的離散頻段周圍形成邊頻帶,將干擾的離散頻帶調(diào)制展開成一個分布頻帶。這樣,干擾能量就分散到這些分布頻段上。在不影響變換器工作特性的情況下,這種控制方法可以很好地抑制開通、關(guān)斷時的干擾。





    采用軟開關(guān)技術(shù)

    開關(guān)電源的干擾之一是來自功率開關(guān)管通/斷時的du/dt,因此,減小功率開關(guān)管通/斷的du/dt是抑制開關(guān)電源干擾的一項重要措施。而軟開關(guān)技術(shù)可以減小開關(guān)管通/斷的du/dt。





    如果在開關(guān)電路的基礎(chǔ)上增加一個很小的電感、電容等諧振元件就構(gòu)成輔助網(wǎng)絡(luò)。在開關(guān)過程前后引人諧振過程,使開關(guān)開通前電壓先降為零,這樣就可以消除開通過程中電壓、電流重疊的現(xiàn)象,降低、甚至消除開關(guān)損耗和干擾,這種電路稱為軟開關(guān)電路。





    根據(jù)上述原理可以采用兩種方法,即在開關(guān)關(guān)斷前使其電流為零,則開關(guān)關(guān)斷時就不會產(chǎn)生損耗和干擾,這種關(guān)斷方式稱為零電流關(guān)斷;或在開關(guān)開通前使其電壓為 零,則開關(guān)開通時也不會產(chǎn)生損耗和干擾,這種開通方式稱為零電壓開通。在很多情況下,不再指出開通或關(guān)斷,僅稱零電流開關(guān)和零電壓開關(guān),基本電路如圖3和 圖4所示。



    圖3 零電壓開關(guān)諧振電路



    圖4 零電流開關(guān)諧振電路

    通常采用軟開關(guān)電路控制技術(shù),結(jié)合合理的元器件布局及印制電路板布線、接地技術(shù),對開關(guān)電源的EMI干擾具有一定的改善作用。





    采用電磁屏蔽措施

    一般采用電磁屏蔽措施都能有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾。開關(guān)電源的屏蔽措施主要是針對開關(guān)管和高頻變壓器而言。開關(guān)管工作時產(chǎn)生大量的熱量,需要給 它裝散熱片,從而使開關(guān)管的集電極與散熱片間產(chǎn)生較大的分布電容。因此,在開關(guān)管的集電極與散熱片間放置絕緣屏蔽金屬層,并且散熱片接機殼地,金屬層接到 熱端零電位,減小集電極與散熱片間藕合電容,從而減小散熱片產(chǎn)生的輻射干擾。針對高頻變壓器,首先應(yīng)根據(jù)導(dǎo)磁體屏蔽性質(zhì)來選擇導(dǎo)磁體結(jié)構(gòu),如用罐型鐵芯和 El型鐵芯,則導(dǎo)磁體的屏蔽效果很好。變壓器外加屏蔽時,屏蔽盒不應(yīng)緊貼在變壓器外面,應(yīng)留有一定的氣隙。如采用有氣隙的多層屏蔽物時,所得的屏蔽效果會 更好。另外,在高頻變壓器中,常常需要消除初、次級線圈間的分布電容,可沿著線圈的全長,在線圈間墊上銅箔制成的開路帶環(huán),以減小它們之間的禍合,這個開 路帶環(huán)既與變壓器的鐵芯連接,又與電源的地連接,起到靜電屏蔽作用。如果條件允許,對整個開關(guān)電源加裝屏蔽罩,那樣就會更好地抑制輻射干擾。


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