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开关电源EMI的五大抑制策略
时间:2021-10-05 07:13点击量:


本文摘要:开关电源是一种应用于功率半导体器件并综合电力转换技术、电子电磁技术、自动控制技术等的电力电子产品。因其具备功耗小、效率高、体积小、轻巧、工作平稳、安全可靠以及稳压范围长等优点,而被普遍应用于计算机、通信、电子仪器、工业自动控制、国防及家用电器等领域。 但是开关电源瞬态号召较好、不易产生电磁干扰(EMD,且EMI信号占据很长的频率范围,并具备一定的幅度。这些EMI信号经过传导和电磁辐射方式污染电磁环境,对通信设备和电子仪器导致阻碍,因而在一定程度上容许了开关电源的用于。

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开关电源是一种应用于功率半导体器件并综合电力转换技术、电子电磁技术、自动控制技术等的电力电子产品。因其具备功耗小、效率高、体积小、轻巧、工作平稳、安全可靠以及稳压范围长等优点,而被普遍应用于计算机、通信、电子仪器、工业自动控制、国防及家用电器等领域。

但是开关电源瞬态号召较好、不易产生电磁干扰(EMD,且EMI信号占据很长的频率范围,并具备一定的幅度。这些EMI信号经过传导和电磁辐射方式污染电磁环境,对通信设备和电子仪器导致阻碍,因而在一定程度上容许了开关电源的用于。  开关电源产生电磁干扰的原因  电磁干扰(EMI,Electromagneticlnterference)是一种电子系统或分系统受非预期的电磁扰动导致的性能伤害。

它由三个基本要素构成:干扰源,即产生电磁干扰能量的设备;藕合途径,即传输电磁干扰的通路或媒介;脆弱设备,即不受电磁干扰而被伤害的器件、设备、分系统或系统。基于此,掌控电磁干扰的基本措施就是:诱导干扰源、截断祸合途径及减少脆弱设备对阻碍的号召或减少电磁敏感性电平。  根据开关电源工作原理闻:开关电源首先将工频交流电整流为直流电,再行直流电源为高频交流电,最后经过整流滤波输入,获得平稳的直流电力。

在电路中,功率三极管、二极管主要工作在电源管状态,且工作在微秒量级;三极管、二极管在进一紧旋转过程中,在下降、下降时间内电流变化大、不易产生射频能量,构成干扰源。同时,由于变压器的漏感和输入二极管的反向恢复电流导致的尖峰,也不会构成潜在的电磁干扰。  开关电源一般来说工作在高频状态,频率在02kHz以上,因而其分布电容不能忽视。

一方面散热片与电源管的集电极间的绝缘片,由于其认识面积较小,绝缘片较薄,因此,两者间的分布电容在高频时无法忽视,高频电流不会通过分布电容流到散热片上,再行流过机壳地,产生共模千扰;另一方面脉冲变压器的首度级之间不存在着分布电容,可将初级绕组电压必要祸合到次级绕组上,在次级绕组不作直流输入的两条电源线上产生共模阻碍。  因此,开关电源中的干扰源主要集中于在电压、电流变化大,如电源管、二极管、高频变压器等元件,以及交流赢人、整流输入电路部分。  诱导开关电源电磁干扰的措施  一般来说开关电源EMI掌控主要使用滤波技术、屏蔽技术、密封技术、短路技术等。

EMI阻碍按传播途径分成传导阻碍和电磁辐射阻碍。开关电源主要是传导阻碍,且频率范围最长,大约为10kHz一30MHz。诱导传导阻碍的对策基本上10kHz一150kHz、150kHz一10MHz、10MHz以上三个频段来解决问题。10kHz一150kHz范围内主要是常态阻碍,一般使用标准化LC滤波器来解决问题。

150kHz一10MHz范围内主要是共模阻碍,一般来说使用共模诱导滤波器来解决问题。10MHz以上频段的对策是改良滤波器的外形以及采行电磁屏蔽措施。  使用交流输出EMI滤波器  一般来说阻碍电流在导线上传输时有两种方式:共模方式和差模方式。

共模阻碍是载有流体与大地之间的阻碍:阻碍大小和方向完全一致,不存在于电源任何一比较大地、或中线对大地间,主要是由du/dt产生的,di/dt也产生一定的共模阻碍。而差模阻碍是载有流体之间的阻碍:阻碍大小大于、方向忽略,不存在于电源相线与中线及相线与相线之间。阻碍电流在导线上传输时既可以共模方式经常出现,也可以差模方式经常出现;但共模阻碍电流只有变为差模阻碍电流后,才能对简单信号包含阻碍。

  交流电源赢人线上不存在以上两种阻碍,一般来说为低频段差模阻碍和低频段共模阻碍。在一般情况下差模阻碍幅度小、频率较低、导致的阻碍小;共模阻碍幅度大、频率低,还可以通过导线产生电磁辐射,导致的阻碍较小。若在交流电源输人末端使用必要的EMI滤波器,则可有效地诱导电磁干扰。

电源线EMI滤波器基本原理如图1右图,其中差模电容C1、C2用来短路差模阻碍电流,而中间连线短路电容C3、C4则用来短路共模阻碍电流。共模扼流圈是由两股等细并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈构成。如果两个线圈之间的磁藕合十分密切,那么漏感就不会较小,在电源线频率范围内劣  模电抗将不会显得较小;当阻抗电流流到共模扼流圈时,串联在相线上的线圈所产生的磁力线和串联在中线上线圈所产生的磁力线方向忽略,它们在磁芯中互相抵销。

因此即使在大阻抗电流的情况下,磁芯也会饱和状态。而对于共模阻碍电流,两个线圈产生的磁场是同方向的,不会呈现出较小电感,从而起着波动共模干扰信号的起到。这里共模扼流圈要使用导磁率低、频率特性更佳的铁氧体磁性材料。

  图1电源线滤波器基本电路图  利用吸取电路提高电源波形  电源管或二极管在通车和变频器过程中,由于不存在变压器漏感和线路电感,二极管存储电容和分布电容,更容易在电源管集电极、发射极两端和二极管上产生尖峰电压。一般来说情况下使用RC/RCD吸取电路,RCD浪涌电压吸取电路如图2右图。

  图2RCD浪涌电压吸取电路  当吸取返路上的电压多达一定幅度时,各器件很快导通,从而将浪涌能量泄放掉,同时将浪涌电压容许在一定的幅度。在电源管集电极和输入二极管的负极引线上串联可饱和磁芯线圈或微晶磁珠,材质一般为钴(Co),当通过长时间电流时磁芯饱和状态,电感量较小。一旦电流要偏移流到时,它将产生相当大的反电势,这样就能有效地诱导二极管VD的偏移浪涌电流。


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