基于補(bǔ)償原理的正激式變換器傳導(dǎo)共模EMI抑制
摘要:本文分析了開關(guān)電源共模EMI產(chǎn)生原因及傳播方式,介紹了傳統(tǒng)共模EMI抑制方法的特點(diǎn),并且針對正激式變換器分析了共模EMI傳播模型,提出了利用補(bǔ)償原理抑制正激式變換器共模EMI的方法。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/176360.htm敘詞:正激式變換器 無源補(bǔ)償 共模EMI抑制 寄生電容
Abstract:The generant reason and transimission method of CM EMI in switch power supply is analyzed in this paper. The method of suppress the traditional CM EMI is introduced . Aiming at the forward converter ,this paper analyzes the model that the CM EMI generate. A solution which uses passive compensation is proposed to suppress the CM EMI in the forward converter.
Keyword:Forward converter, Passive Compensation, CM EMI Suppression, Stray capacitance
1 引言
隨著電力電子器件的廣泛應(yīng)用,功率變換器的開關(guān)頻率越來越高,結(jié)構(gòu)越來越緊湊,使得電磁干擾(Electromagnetic Interference,EMI)問題越來越嚴(yán)重。EMI信號不但具有很寬的頻率范圍,還具有一定的幅度,經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會(huì)污染電磁環(huán)境,對通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。所以,如何降低甚至消除開關(guān)電源中的EMI問題已經(jīng)成為開關(guān)電源設(shè)計(jì)中重要的問題。抑制共模干擾的通常方法是在輸入線上串接較大的磁扼流線圈,但是這樣就破壞了變換器的整體外形結(jié)構(gòu)。本文首先分析了開關(guān)電源共模EMI產(chǎn)生機(jī)理和傳統(tǒng)共模EMI抑制技術(shù),在此基礎(chǔ)上,針對正激式變換器,介紹了基于補(bǔ)償原理的共模EMI抑制方法。即采取了一種用一個(gè)補(bǔ)償變壓器繞組和一個(gè)補(bǔ)償電容來消除共模電磁干擾的方法,同其它的方法相比,結(jié)構(gòu)更為簡單且是無源結(jié)構(gòu),僅需要增加一個(gè)小的繞組和一個(gè)小電容。
2 開關(guān)電源共模EMI產(chǎn)生原因及傳播方式
開關(guān)電源工作在高頻情況時(shí),由于du/dt很高,激發(fā)變壓器線圈間寄生電容Ct以及開關(guān)管與散熱片間的寄生電容Cq產(chǎn)生噪聲電流,從而產(chǎn)生了共模干擾,如圖1所示。共模干擾電流從具有較高du/dt的開關(guān)管出發(fā),流經(jīng)接地散熱片和地線,再由高頻LISN網(wǎng)絡(luò)(由兩個(gè)50Ω電阻等效)流回輸入線路。
3 傳統(tǒng)共模EMI抑制電路
傳統(tǒng)的共模干擾抑制電路如圖2所示。為了使濾波電容Cy流入地的漏電流維持在安全范圍,Cy的值都較小,相應(yīng)的扼流線圈電感Lcm就變大,特別是由于Lcm要傳輸全部的功率,其損耗、體積和重量都會(huì)變大。應(yīng)用無源補(bǔ)償技術(shù),則可以在不影響主電路工作的情況下,較好的抑制電路的共模干擾,并可以減小Lcm的體積和重量而節(jié)省成本。
4 補(bǔ)償原理及其應(yīng)用
4.1 補(bǔ)償原理
電力電子裝置中,由于共模干擾是由開關(guān)管器件在高頻通斷時(shí)所產(chǎn)生的對地電流Cdu/dt。因此,用一個(gè)額外變壓器繞組在補(bǔ)償電容上產(chǎn)生一個(gè)180°的反向電壓,產(chǎn)生的補(bǔ)償電流再與寄生電容上的干擾電流疊加,從而消除干擾,這就是無源補(bǔ)償?shù)脑怼?/p>
4.2共模EMI耦合通道模型分析
圖3是正激式變換器共模EMI傳輸通道的原理圖。LISN模塊是用來測量傳導(dǎo)發(fā)射的標(biāo)準(zhǔn)電路(由兩個(gè)50Ω電阻等效),電容Cpara、Ct和Cout是用虛線表示的分布電容,其中Cpara表示變壓器原邊、功率開關(guān)管和散熱片的對地分布電容,Ct表示原邊與副邊的耦合電容,Cout表示負(fù)載對地分布電容。開關(guān)管在開通與關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生電位跳變,變化的電位經(jīng)對地耦合電容形成共模噪聲電流,如圖3所示。共模電流分兩路流向大地,一路經(jīng)散熱片和開關(guān)管的對地電容Cpara,另一路流經(jīng)變壓器耦合電容Ct和副邊對地電容Cout。
圖4是原邊共模噪聲的等效電路。由于副邊輸出電壓較低,其產(chǎn)生的共模噪聲可以忽略。由于開關(guān)管與散熱片接觸面積很大而間距很小,所以兩者間的分布電容高達(dá)數(shù)10nF,如果散熱片直接接地,共模噪聲將會(huì)沿此分布電容與LISN阻抗構(gòu)成回路,造成嚴(yán)重的共模噪聲。
當(dāng)開關(guān)管寄生電容Cpara遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原邊與副邊耦合電容Ct時(shí),寄生電容Cpara是噪聲的主要傳播通道,簡化電路如圖5所示。根據(jù)原邊共模噪聲電流流經(jīng)途徑可以看出,只要在原電路上加一個(gè)與噪聲源相反的電壓,通過補(bǔ)償電容產(chǎn)生同樣大小的反向電流,就可以抑制共模EMI。
4.3 外加補(bǔ)償電容抑制共模噪聲
圖6為加入補(bǔ)償電路的正激式變換電路。該電路最突出的特點(diǎn)是可利用其自身的磁復(fù)位線圈作為補(bǔ)償線圈,匝數(shù)與原邊繞組一樣,外加補(bǔ)償電容,可以方便地實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。補(bǔ)償電容Ccomp的大小則與寄生電容Cpara一樣,工作時(shí)的Nc使Ccomp產(chǎn)生一個(gè)與Cpara上干擾電流大小相同、方向相反的補(bǔ)償電流,疊加后消除了干擾電流。補(bǔ)償電流不流過全部的功率,僅傳輸干擾電流,補(bǔ)償電路十分簡單。
由于正激變換器有其自身的去磁繞組,這樣就省去了外加補(bǔ)償線圈,只需外加一個(gè)補(bǔ)償電容,便可以實(shí)現(xiàn)共模EMI的改善和抑制。圖7為加入了補(bǔ)償電容的共模電流流通簡化電路。
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