详解开关电源电磁干扰问题的解决方案

2020-06-21 00:34字体:
  

  题目特别超过,邦内一经以新的3C认证庖代了CCIB和CCEE认证,使得对正在电磁兼容方面的哀求尤其精细和厉刻。此刻,若何低落乃至消逝开闭电源的EMI题目一经成为环球开闭电源计划师以及电磁兼容(EMC)计划师特别闭怀的题目。本文计划了开闭电源

  开闭电源出现电磁作梗最底子的因为,便是其正在劳动进程中出现的高di/dt和高dv/dt,它们出现的浪涌电流和尖峰电压酿成了作梗源。工频整流滤波运用的大电容充电放电、开闭管高频劳动时的电压切换、输出整流二极管的反向还原电流都是这类作梗源。开闭电源中的电压电流波形公共为靠拢矩形的周期波,比方开闭管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。关于矩形波,周期的倒数裁夺了波形的基波频率;两倍脉冲边际上升韶华或消重韶华的倒数裁夺了这些边际惹起的频率分量的频率值,规范的值正在MHz鸿沟,而它的谐波频率就更高了。这些高频信号都对开闭电源根基信号,特别是职掌电道的信号变成作梗。

  开闭电源的电磁噪声从噪声源来说可能分为两大类。一类是外部噪声,比如,通过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射对开闭电源职掌电道的作梗等。另一类是开闭电源自己出现的电磁噪声,如开闭管和整流管的电流尖峰出现的谐波及电磁辐射作梗。

  如图1所示,电网中含有的共模和差模噪声对开闭电源出现作梗,通信电源故障案例开闭电源正在受到电磁作梗的同时也对电网其他配置以及负载出现电磁作梗(如图中的返回噪声、输出噪声和辐射作梗)。实行开闭电源EMI/EMC计划时一方面要防卫开闭电源对电网和邻近的电子配置出现作梗,另一方面要巩固开闭电源自己对电磁骚扰境遇的适宜才略。下面全体剖释开闭电源噪声出现的因为和途径。

  电源线噪声是电网中各式用电配置出现的电磁骚扰沿着电源线传布所变成的。电源线噪声分为两大类:共模作梗、差模作梗。共模作梗(Common-mode Interference)界说为任何载流导体与参考地之间的不生机有的电位差;差模作梗(Differential-mode Interference)界说为任何两个载流导体之间的不生机有的电位差。电源案例两种作梗的等效电道如图2[1]所示。图中CP1为变压器初、次级之间的漫衍电容,CP2为开闭电源与散热器之间的漫衍电容(即开闭管集电极与地之间的漫衍电容)。

  如图2(a)所示,开闭管V1由导通变为截止状况时,其集电极电压突升为高电压,这个电压会惹起共模电流Icm2向CP2充电和共模电流Icm1向CP1 充电,漫衍电容的充电频率即开闭电源的劳动频率。则线道中共模电流总巨细为(Icm1+Icm2)。如图2(b)所示,当V1导通时,差模电流Idm和信号电流IL沿着导线、变压器低级、开闭管构成的回道畅达。由等效模子可知,共模作梗电流欠亨过地线,电脑电源而通过输入电源线传输。而差模作梗电畅达过地线和输入电源线回道传输。于是,咱们配置电源线滤波器时要商讨接事模作梗和共模作梗的区别,正在其传输途径上运用差模或共模滤波元件逼迫它们的作梗,以抵达最好的滤波恶果。

  开闭电源的输入广博采用桥式整流、电容滤波型整流电源。如图3所示,开关电源案例正在没有PFC功用的输入级,因为整流二极管的非线性和滤波电容的储能功用,使得二极管的导通角变小,输入电流i成为一个韶华很短、峰值很高的周期性尖峰电流。这种畸变的电流本色上除了包罗基波分量以外还含有足够的高次谐波分量。这些高次谐波分量注入电网,惹起告急的谐波污染,对电网上其他的电器变成作梗。为了职掌开闭电源对电网的污染以及杀青高功率因数,PFC电道是不行或缺的个人。

  主开闭管是开闭电源的中心器件,同时也是作梗源。其劳动频直爽接与电磁作梗的强度闭连。跟着开闭管的劳动频率升高,开闭管电压、电流的切换速率加疾,其传导作梗和辐射作梗也随之弥补。其它,主开闭管上反并联的钳位二极管的反向还原特征欠好,或者电压尖峰接收电道的参数拣选失当也会变成电磁作梗。

  开闭电源劳动进程中,由低级滤波大电容、高频变压器低级线圈和开闭管组成了一个高频电流环道。该环道会出现较大的辐射噪声。开闭回道中开闭管的负载是高频变压器低级线圈,它是一个感性的负载,于是,开闭管通断时正在高频变压器的低级两头会闪现尖峰噪声。轻者变成作梗,重者击穿开闭管。主变压器绕组之间的漫衍电容和漏感也是惹起电磁作梗的首要成分。

  理念的二极管正在经受反向电压时截止,不会有反向电畅达过。而实践二极管正导游通时,PN结内的电荷被积蓄,当二极管经受反向电压时,PN结内积蓄的电荷将开释并酿成一个反向还原电流,它还原到零点的韶华与结电容等成分相闭。反向还原电流正在变压器漏感和其他漫衍参数的影响下将出现较热烈的高频衰减振荡。于是,输出整流二极管的反向还原噪声也成为开闭电源中一个重要的作梗源。可能通过正在二极管两头并联RC缓冲器,以逼迫其反向还原噪声。

  开闭电源的漫衍参数是无数作梗的内正在成分,开闭电源和散热器之间的漫衍电容、变压器首次级之间的漫衍电容、原副边的漏感都是噪声源。共模作梗便是通过变压器初、次级之间的漫衍电容以及开闭电源与散热器之间的漫衍电容传输的。个中变压器绕组的漫衍电容与高频变压器绕组构造、制作工艺相闭。可能通过改良绕制工艺和构造、弥补绕组之间的绝缘、采用法拉第屏障等法子来减小绕组间的漫衍电容。而开闭电源与散热器之间的漫衍电容与开闭管的构造以及开闭管的装置形式相闭。采用带有屏障的绝缘衬垫可能减小开闭管与散热器之间的漫衍电容。

  如图4所示,正在高频劳动下的元件都有高频寄生特征[2],对其劳动状况出现影响。高频劳动时导线形成了发射线、电容形成了电感、电感形成了电容、电阻形成了共振电道。侦察图4中的频率特征弧线可能发掘,当频率过高时各元件的频率特征出现了相当大的变动。为了担保开闭电源正在高频劳动时的安宁性,计划开闭电源时要充裕商讨元件正在高频劳动时的特征,拣选运用高频特征比力好的元件。其它,正在高频时,导线寄生电感的感抗显着弥补,因为电感的不行控性,最终使其形成一根发射线。也就成为了开闭电源中的辐射作梗源。

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