關(guān)于開關(guān)電源的EMI小談

關(guān)于開關(guān)電源的的EMI

在開關(guān)電源中，EMI濾波器對(duì)共模和差模傳導(dǎo)噪聲的抑制起著顯著的作用。高頻開關(guān)電源由于其在體積、重量、功率密度、效率等方面的諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、家電產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域。在開關(guān)電源應(yīng)用于交流電網(wǎng)的場(chǎng)合，整流電路往往導(dǎo)致輸入電流的斷續(xù)，這除了大大降低輸入功率因數(shù)外，還增加了大量高次諧波。同時(shí)，開關(guān)電源中功率開關(guān)管的高速開關(guān)動(dòng)作(從幾十kHz到數(shù)MHz)，形成了EMI(electromagnetic interference)騷擾源。從已發(fā)表的開關(guān)電源論文可知，在開關(guān)電源中主要存在的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)輻射干擾，傳導(dǎo)干擾還會(huì)注入電網(wǎng)，干擾接入電網(wǎng)的其他設(shè)備。 減少傳導(dǎo)干擾的方法有很多，諸如合理鋪設(shè)地線，采取星型鋪地，避免環(huán)形地線，盡可能減少公共阻抗;設(shè)計(jì)合理的緩沖電路;減少電路雜散電容等。除此之外，可以利用EMI濾波器衰減電網(wǎng)與開關(guān)電源對(duì)彼此的噪聲干擾。 EMI干騷擾通常難以精確描述，濾波器的工業(yè)設(shè)計(jì)通常是通過反復(fù)迭代，計(jì)算制作以求逐步逼近設(shè)計(jì)要求。

1. 開關(guān)電源的EMI干擾源集中體現(xiàn)在功率開關(guān)管、整流二極管、高頻變壓器等,外部環(huán)境對(duì)開關(guān)電源的干擾主要來(lái)自電網(wǎng)的抖動(dòng)、雷擊、外界輻射等。

(1)功率開關(guān)管工作在On-Off快速循環(huán)轉(zhuǎn)換的狀態(tài),dv/dt和di/dt都在急劇變換,因此,功率開關(guān)管既是電場(chǎng)耦合的主要干擾源,也是磁場(chǎng)耦合的主要干擾源。

(2)的EMI來(lái)源集中體現(xiàn)在漏感對(duì)應(yīng)的di/dt快速循環(huán)變換,因此高頻變壓器是磁場(chǎng)耦合的重要干擾源.

(3)的EMI來(lái)源集中體現(xiàn)在反向恢復(fù)特性上,反向恢復(fù)電流的斷續(xù)點(diǎn)會(huì)在電感(引線電感、雜散電感等)產(chǎn)生高dv/dt,從而導(dǎo)致強(qiáng)電磁干擾。

(4)PCB：準(zhǔn)確的說(shuō),PCB是上述干擾源的耦合通道,PCB的優(yōu)劣,直接對(duì)應(yīng)著對(duì)上述EMI源抑制的好壞。

2.開關(guān)電源EMI傳輸通道分類

(一). 傳導(dǎo)干擾的傳輸通道

(1)容性耦合 (2)感性耦合 (3)電阻耦合

a.公共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合 b.公共地線阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合 c.公共線路阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合

(二). 輻射干擾的傳輸通道

(1)在開關(guān)電源中,能構(gòu)成輻射干擾源的元器件和導(dǎo)線均可以被假設(shè)為天線,從而利用電偶極子和磁偶極子理論進(jìn)行分析;二極管、電容、功率開關(guān)管可以假設(shè)為電偶極子,電感線圈可以假設(shè)為磁偶極子;

(2)沒有屏蔽體時(shí),電偶極子、磁偶極子,產(chǎn)生的電磁波傳輸通道為空氣(可以假設(shè)為自由空間); (3)有屏蔽體時(shí),考慮屏蔽體的縫隙和孔洞,按照泄漏場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析處理。

3.開關(guān)電源EMI抑制的9大措施

在開關(guān)電源中,電壓和電流的突變,即高dv/dt和di/dt,是其EMI產(chǎn)生的主要原因.實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)技術(shù)措施主要基于以下兩點(diǎn):

(1)盡量減小電源本身所產(chǎn)生的干擾源,利用抑制干擾的方法或產(chǎn)生干擾較小的元器件和電路,并進(jìn)行合理**二手機(jī)器人

(2)通過接地、濾波、屏蔽等技術(shù)抑制電源的EMI以及提高電源的EMS。

分開來(lái)講,9大措施分別是:

(1)減小dv/dt和di/dt(降低其峰值、減緩其斜率) (2)壓敏電阻的合理應(yīng)用,以降低浪涌電壓 (3)阻尼網(wǎng)絡(luò)抑制過沖 (4)采用軟恢復(fù)特性的二極管,以降低高頻段EMI (5)有源功率因數(shù)校正,以及其他諧波校正技術(shù) (6)采用合理設(shè)計(jì)的電源線濾波器 (7)合理的接地處理 (8)有效的屏蔽措施 (9)合理的PCB設(shè)計(jì) 。