等離子電視電源的電磁兼容設(shè)計(jì)

1.等離子電源的EMI分析

電源部分是整機(jī)的能源提供者，所以電源品質(zhì)的好壞決定了系統(tǒng)工作的狀態(tài)。我們先進(jìn)行需求分析：等離子電視功耗大于75W，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求必須加PFC電路，提高有功功率。由于有待機(jī)功耗要求，因此采用反激加諧振的方式，這樣既滿(mǎn)足了驅(qū)動(dòng)要求，又滿(mǎn)足待機(jī)功耗要求。

因此電源部分共包含4個(gè)大的模塊，電源輸入端濾波整流電路、PFC電路、諧振電路、反激電路。

(1)濾波整流電路。既抑制電源本身的干擾通過(guò)電源線(xiàn)進(jìn)入供電網(wǎng)絡(luò)，又防止供電網(wǎng)絡(luò)的干擾進(jìn)入電源。

(2)PFC電路。PFC電路工作過(guò)程中，MOSFET管在工作時(shí)由柵極驅(qū)動(dòng)脈沖控制通斷狀態(tài)，引起干擾。PFC電路中的二極管在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)間切換，反向恢復(fù)電流也會(huì)引起干擾。

(3)反激電路和諧振電路。反激電路和諧振電路中的MOSFET在切換通斷狀態(tài)時(shí)兩端電壓產(chǎn)生突變，變壓器初級(jí)線(xiàn)圈中電流產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，次級(jí)電路中二極管在通斷過(guò)程中存在反向恢復(fù)電流，這些都引起干擾。

2.電源的EMC設(shè)計(jì)

2.1 EMI濾波電路

為了抑制整機(jī)電路和電源自身所產(chǎn)生的干擾不向外傳播，也為了外部電網(wǎng)的干擾不進(jìn)入電源和整機(jī)，在電源入口處設(shè)計(jì)了EMI濾波電路。

開(kāi)關(guān)電源的干擾分為差模干擾和共模干擾，共模干擾是火線(xiàn)或零線(xiàn)與地線(xiàn)之間產(chǎn)生的干擾，差模干擾是火線(xiàn)與零線(xiàn)之間產(chǎn)生的干擾。

2.1.1 差模濾波

開(kāi)關(guān)電源的差模傳導(dǎo)騷擾，主要是由電路中開(kāi)關(guān)電源在開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)在電源輸入線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)周期性的電流信號(hào)。由于電解電容作為儲(chǔ)能電容，存在ESR和ESL，當(dāng)周期電流信號(hào)經(jīng)過(guò)儲(chǔ)能電容時(shí)，電容兩端就會(huì)產(chǎn)生電壓降，這個(gè)電壓降導(dǎo)致電源端口產(chǎn)生電流回路，形成差模傳導(dǎo)騷擾，并通過(guò)LISN把干擾傳導(dǎo)到接收機(jī)。

變壓器初級(jí)線(xiàn)圈、開(kāi)關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路，使高頻電流反饋到交流電源中形成干擾;同時(shí)，變壓器初次級(jí)間的分布電容會(huì)使初級(jí)回路中產(chǎn)生的干擾向次級(jí)傳遞，加大干擾傳遞環(huán)路，使更多電流流入LISN，加劇干擾。

當(dāng)電路中添加了差模濾波后，差模電流減小回流路徑，減少對(duì)接收機(jī)和電網(wǎng)的干擾。

2.1.2 共模濾波

開(kāi)關(guān)電源的共模傳導(dǎo)騷擾，主要是由開(kāi)關(guān)電路中的電壓瞬變?cè)斐傻?，開(kāi)關(guān)管的負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線(xiàn)圈，為感性負(fù)載，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)瞬間，在初級(jí)線(xiàn)圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓，而由于初級(jí)線(xiàn)圈和次級(jí)線(xiàn)圈之間的分布電容、電源線(xiàn)對(duì)地線(xiàn)的阻抗、次級(jí)線(xiàn)圈電源和地之間電容的存在，構(gòu)成了電源和地之間的電流回路，形成共模干擾。

當(dāng)電路中添加了共模濾波后，共模電流回流路徑減小，減少對(duì)接收機(jī)和電網(wǎng)的干擾。

2.1.3 濾波電路設(shè)計(jì)

我們?cè)O(shè)計(jì)EMI濾波器如圖1所示，電路包括兩級(jí)濾波結(jié)構(gòu)，共模電感L103、共模電容CY102、CY102和差模電容C101組成第一級(jí)，共模電感L104、共模電容CY103、CY104和差模電容CX102組成第二級(jí)。R104、R105、R106為泄放電阻，保證電源斷電后迅速放電到安全電壓以下。

由于變壓器初次級(jí)分布電容的存在，引起共模干擾，因此可以通過(guò)減小初次級(jí)分布電容改善共模干擾，可以在變壓器初次級(jí)間增設(shè)屏蔽層。同時(shí)將變壓器屏蔽層接至初級(jí)的中線(xiàn)端，還可以抑制差模干擾。

圖1 EMI濾波電路

2.2 PFC電路

電路中由于MOSFET的開(kāi)關(guān)狀態(tài)引起干擾，因此我們針對(duì)MOSFET加抑制措施，可以通過(guò)以下方法改善PFC電路的干擾：

調(diào)整驅(qū)動(dòng)電阻R422、R423，改變開(kāi)關(guān)速率;

MOSFET漏源極加吸收電容C410;

電阻D410兩端加磁珠BD1、BD2吸收干擾。

圖2 PFC電路

2.3 反激電路

在電路中，初級(jí)部分由于MOSFET通斷引起的干擾，我們通過(guò)電阻R210、電容C207、二極管FR107組成的吸收電路進(jìn)行抑制，二級(jí)管采用快恢復(fù)二極管。也可以通過(guò)調(diào)節(jié)MOESFET柵極輸入的PWM脈沖改變MOSFET開(kāi)關(guān)頻率來(lái)進(jìn)行改善。

次級(jí)部分二極管的反向恢復(fù)電流引起的干擾，我們通過(guò)在二極管兩端并聯(lián)電容C301來(lái)吸收。如圖3a所示。

2.4 諧振電路

電路中通過(guò)調(diào)整MOSFET驅(qū)動(dòng)電阻R515、R516和R518、R519來(lái)設(shè)置不同的開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)間，減小MOSFET的開(kāi)關(guān)帶來(lái)的干擾，如圖3b所示。

圖3 反激電路和諧振電路

2.5 PCB設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)電源EMI設(shè)計(jì)中，PCB布板是非常關(guān)鍵的一環(huán)。優(yōu)秀的PCB布板，即使有干擾源，也能最大程度地阻斷傳播途徑，將干擾水平降到最低;不良的PCB布板，即使干擾源不大，也會(huì)通過(guò)走線(xiàn)將其放大并傳播出去，甚至產(chǎn)生較大的干擾。PCB布板主要注意以下幾點(diǎn)：

(1)大電流信號(hào)走線(xiàn)要順、短、粗;

(2)大電流信號(hào)和小信號(hào)要分離走線(xiàn)，避免功率信號(hào)干擾小信號(hào);

(3)不同系統(tǒng)之間的共地信號(hào)連接點(diǎn)盡量唯一確定;

(4)存在電流環(huán)路的地方，比如反激電路漏極的吸收環(huán)路，應(yīng)該盡量使環(huán)路面積最小。

3.小結(jié)

通過(guò)對(duì)等離子電視電源的干擾分析，針對(duì)電路模塊設(shè)計(jì)出一套濾波電路，該套電路應(yīng)用后，傳導(dǎo)和輻射都得到較好的抑制，配合整機(jī)的設(shè)計(jì)和整改，測(cè)試結(jié)果合格，滿(mǎn)足了項(xiàng)目要求。