开关电源中的电磁兼容(EMC)问题


点击数:

开关电源中的电磁辐射(EMI)源

      开关电源的EMI干扰源主要集中体现在开关功率管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击和外界辐射等。

(1)开关功率管

开关功率管工作在On Off快速循环转换的状态,dv/dt和di/dt都在急剧变化中相互转换,因此,开关功率管既是电场耦合的主要干扰源,也是磁场耦合的主要干扰源,同时也是热噪声的产生源。

(2)高频变压器

高频变压器的EMI来源集中体现在漏感和分布电容所对应的dI/dt和dV/dt快速循环变换,因此高频变压器是电、磁场耦合的重要干扰源。

(3)整流二极管

开关电源中的整流主要包括输入级的低频整流和输出级的高频整流,而输出级的高频整流有时是由快恢复二极管来承担,有时又由可控的同步整流技术来承担。输入级的低频整流二极管由于发热而带来的EMI主要体现在低频段,而输出级的高频整流的EMI来源集中体现在反向恢复特性上,反向恢复电流的断续变化点会在引线/PCB布线电感以及杂散电感等电感上产生较高的dV/dt,从而导致极强的电磁干扰。

(4)PCB

实际上PCB布局和引线是上述干扰源的耦合和传输通道,PCB布局和引线,以及连线的长短和粗细的优劣,直接影响着对上述EMI源所产生的EMI抑制的好坏。因此开关电源设计过程中PCB设计也是至关重要的。

开关电源EMI传输渠道分类

1、EMI传导干扰的传输渠道

(1)容性耦合

(2)感性耦合

(3)电阻耦合,包括公共电源内阻产生的电阻传导耦合、公共地线阻抗产生的电阻传导耦合、公共线路阻抗产生的电阻传导耦合。

2、辐射干扰的传输通道

(1)在开关电源中,能够成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线,从而利用电耦机子和磁耦机子理论进行分析。二极管、电容、开关功率管可以假设为电耦机子,电感线圈可以假设为磁耦机子

(2)没有屏蔽体时,电偶极子、次偶极子,产生的电磁波传输通道为空气(可以假设为自由空间)

(3)有屏蔽体时,考虑屏蔽体的缝隙和孔洞,应按照泄露场的数学理论和模型进行分析处理。

开关电源EMI一直的9大措施

在开关电源中,电压和电流的突变到V/dt和dI/dt,是其EMI产生的主要原因。实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点:

(1)尽量减少电源体本身所产生的干扰源,利用抑制干扰的方法或产生干扰较少的元器件和电路,并进行合理PCB设计

(2)通过接地、滤波、屏蔽等技术抑制电源的EMI,从而提高电源的EMC。

开关电流EMI抑制的措施如下:

(1)减少dV/dt和dI/dt(降低其峰值、减缓其斜率);

(2)压敏电阻的合理应用,以降低浪涌电压;

(3)租尼网络和热敏电阻的合理应用,以抑制过冲和浪涌电流

(4)采用具有软恢复特性的二极管,或可控制的同步整流技术以降低高频段EMI

(5)前级采用有源功率因数校正(PFC)技术,以及其他谐波校正技术;

(6)输入端采用合理设计的工模和差模滤波器

(7)合理的接地处理

(8)有效的屏蔽措施

(9)合理的PCB设计

高频变压器漏感的控制

高频变压器的漏感是开关功率管关断尖峰电压产生的重要原因之一。此控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。减少高频变压器漏感两个切入点是电气设计、工艺设计

(1)选择合适磁芯,降低漏感。漏感与原边匝数平方成正比,减少匝数会显著降低漏感。

(2)减少绕组间的绝缘层,以提高初级与其他次级绕组间耦合

(3)次级绕组夹在初级绕组之间,以增加绕组间的耦合度,从而减少漏感。

高频变压器的屏蔽

为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰,可采用屏蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带一般由铜箔制作,绕在变压器外部一周,并进行良好的接地,屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环,从而抑制漏磁场更大范围的泄露

高频变压器,磁芯之间和绕组之间会发生相对位移,从而导致高频变压器在工作中产生噪声(啸叫、震动)。为防止该噪声,需要对变压器采取下列的加固措施:

(1)用环氧树脂将磁芯(例如EE。EI磁芯)的3个接触面进行粘接,抑制相对位移的产生

(2)用“玻璃珠”胶合剂粘结磁芯,效果更好。

(3)把初级绕组分成两部分绕,一部分绕制在最里边,另一部分绕制在最外边,次级绕组绕制在中间,使他们之间形成完全耦合,从而减少漏感。

EMC常用标准

(1)EMC通用系列标准:IEC61000-4-X

(2)工业环境抗扰度通用标准:EN50082-2

(3)脉冲电流谐波测试标准:IEC61000-3-2

(4)交流电源闪烁测试标准:IEC61000-3-3

地址:青岛市市北区辽宁路247-263号中新大厦14层(青岛市高新技术区第二孵化中心)  电话:0532-83837766 83807706 83811202 83835148 83828778

传真:0532-83843443 网址:www.hdcykj.com 电子信箱:qingdaohuida@126.com 网站地图