開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾EMI的原因_第1頁
開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾EMI的原因_第2頁
開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾EMI的原因_第3頁
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文檔簡介

1、功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動作是導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量,另一方面也導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的EMI 問題。開關(guān)電源工作時,其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時間內(nèi)上升和下降的,因此,開關(guān)電源本身是一個噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;假設(shè)按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不 至于對電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本方法是削弱噪聲發(fā)生源,或者切斷電源噪聲和電子 系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑?,F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明:1、二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾交流輸入電壓經(jīng)功率二極管

2、整流橋變?yōu)檎颐}動電壓,經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?,但?容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知,電流中含有高次諧波。大量電流 諧波分量流入電網(wǎng),造成對電網(wǎng)的諧波污染。另外,由于電流是脈沖波,使電源輸入功率 因數(shù)降低。高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過,在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向 截止時,由于 PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時間里,電流會 反向流動,致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。2、開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入 電流波形在 阻性負(fù)載時近似

3、為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零 電壓開關(guān)時,這種諧 波干擾將會很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感 引起的電流突變,也會產(chǎn)生 尖峰干擾。3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形 成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,通過輸入輸出線傳播時,都會在空 間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。4、其他原因元器件的寄生參數(shù),開關(guān)電源的原理圖設(shè)計不夠完美,印刷線路板(PCB走線通常采用手工布 置,具有很

4、大的隨意性,PCB的近場干擾大,并且印刷板上器件的安裝、放置,以及方位的不合理都會造成 EMI 干擾。這增加了 PC盼布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難 度。Flyback架構(gòu) noise在頻譜上的反響0.15 MHz 處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3 次諧波引起的干擾。0.2 MHz 處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的4 次諧波和 Mosfet 振蕩 2(190.5KHz)基波的迭加,引起的干擾;所以這局部較強。0.25 MHz 處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5 次諧波引起的干擾;0.35 MHz 處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7 次諧波引起的干擾;0.39 MHz 處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的8 次諧波和 Mosfet 振蕩

5、 2(190.5KHz)基波的迭加引1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是 Diode振蕩 1 1.31MHz的基波引起的干擾;3.3 MHz 處產(chǎn)生的振蕩是 Mosfet 振蕩 1 3.3MHz的基波引起的干擾;開關(guān)管、整流二極管的振蕩會產(chǎn)生較強的干擾回復(fù) 1 帖2 帖 CHENJIANMEI1988 工兵24三2021-12-24 16:41設(shè)計開關(guān)電源時防止 EMI 的措施:1. 把噪音電路節(jié)點的 PCB銅箔面積最大限度地減??;如開關(guān)管的漏極、集電極,初次 級繞組的節(jié)點,等。2. 使輸入和輸出端遠離噪音元件,如變壓器線包,變壓器磁芯,開關(guān)管的散熱片, 等等。3. 使噪音元件如未遮蔽的變壓器線包,未

6、遮蔽的變壓器磁芯,和開關(guān)管,等等 遠離外殼邊緣,因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線。4. 如果變壓器沒有使用電場屏蔽,要保持屏蔽體和散熱片遠離變壓器。5. 盡量減小以下電流環(huán)的面積:次級輸出整流器,初級開關(guān)功率器件,柵極基極驅(qū)動線路,輔助整流器。6. 不要將門極基極的驅(qū)動返饋環(huán)路和初級開關(guān)電路或輔助整流電路混在一起。7. 調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值,使它在開關(guān)的死區(qū)時間里不產(chǎn)生振鈴響聲。8. 防止 EMI 濾波電感飽和。9. 使拐彎節(jié)點和次級電路的元件遠離初級電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片。10. 保持初級電路的擺動的節(jié)點和元件本體遠離屏蔽或者散熱片。11. 使高頻輸入的 EMI 濾波器靠

7、近輸入電纜或者連接器端。12. 保持高頻輸出的 EMI 濾波器靠近輸出電線端子。13.使 EMI 濾波器對面的 PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離。14. 在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻。15. 在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻。16. 在輸出 RF 濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻。17. 在 PC眼計時允許放 1nF/ 500 V 陶瓷電容器或者還可以是一串電阻,跨接在變 壓器的初級的靜端和輔助繞組之間。18. 保持 EMI 濾波器遠離功率變壓器;尤其是防止定位在繞包的端部。19. 在 PCB 面積足夠的情況下,可在 PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置,RC 阻尼器可跨接在屏蔽繞

8、組兩端。20. 空間允許的話在開關(guān)功率場效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個小徑向引線電容器 (米勒電容,10皮法/ 1千伏電容)。21. 空間允許的話放一個小的 RC 阻尼器在直流輸出端。22. 不要把 AC插座與初級開關(guān)管的散熱片靠在一起。開關(guān)電源 EMI 的特點作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置,開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高, 產(chǎn)生的干擾強度較大;干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高 平變壓器,相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚;開關(guān)頻率不高(從幾十千赫和 數(shù)兆赫茲),主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線,具有更大的隨意性,這增加了PCB

9、分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。1MHZ以內(nèi)-以差模干擾為主,增大 X電容就可解決 1MHZ-5MHZ-差模共模混合,采用輸入端并一系列 X電容來濾除差摸干擾并分析 出是哪種干擾超標(biāo)并解決;5M-以上以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法.對于外殼接地的,在地線上用一個 磁環(huán)繞 2圈會對 10MH必上干擾有較大的衰減 (diudiu2006); 對于 25-30MHZ不過可 以采用加大對地 Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCBLAYOUT 輸出線前面接一個雙線并繞的小磁環(huán),最少繞 10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器.30-50MHZ普遍是 MO 磨高速開通關(guān)斷引起,可以用增大 MO&

10、;區(qū)動電阻,RCD 緩 沖電路采用 1N4007慢管,VCC 供電電壓用 1N4007慢管來解決.100-200MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起,可以在整流管上串磁珠100MHZ-200MH猶間大局部出于 PFCMOSFE夜 PFC二極管,現(xiàn)在 MOSFE夜 PFC二極 管串磁珠有效果,水平方向根本可以解決問題,但垂直方向就很無奈了開關(guān)電源的輻射一般只會影響到100M以下的頻段.也可以在 MOS 二極管上加相應(yīng)吸收回路,但效率會有所降低1MHZ以內(nèi)-以差模干擾為主1. 增大 X電容量;2. 添加差模電感;3. 小功率電源可采用 PI型濾波器處理建議靠近變壓器的電解電容可選用較大 些。1

11、MHZ-5MHZ-差模共?;旌?,采用輸入端并聯(lián)一系列 X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并以解決,1. 對于差模干擾超標(biāo)可調(diào)整 X電容量,添加差模電感器,調(diào)差模電感量 ;2. 對于共模干擾超標(biāo)可添加共模電感,選用合理的電感量來抑制;3. 也可改變整流二極管特性來處理一對快速二極管如FR107 一對普通整流二極管1N4007。5M-以上以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法。對于外殼接地的,在地線上用一個磁環(huán)串繞 2-3圈會對 10MHZ以上干擾有較大的衰 減作用;可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔,銅箔閉環(huán),處理后端輸出整流管的吸收電路和初級大電路并聯(lián)電容的大小。對于 20-30MHZ,1. 對

12、于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對地Y2 電容量或改變 Y2 電容位置;2. 調(diào)整一二次側(cè)間的 Y1 電容位置及參數(shù)值;3. 在變壓器外面包銅箔;變壓器最里層加屏蔽層;調(diào)整變壓器的各繞組的排布。4. 改變 PCB LAYOUT5. 輸出線前面接一個雙線并繞的小共模電感;6. 在輸出整流管兩端并聯(lián) RC 濾波器且調(diào)整合理的參數(shù);7. 在變壓器與 MOSFE比間加 BEAD CORE8. 在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容。9. 可以用增大 MOSW 動電阻.30-50MHZ 普遍是 MOS 管高速開通關(guān)斷引起,1. 可以用增大 MOS 驅(qū)動電阻;2. RCD緩沖電路采用 1N4007慢管;3. VCC供電電

13、壓用 1N4007慢管來解決;4. 或者輸出線前端串接一個雙線并繞的小共模電感;5. 在 MOSFET勺 D-S 腳并聯(lián)一個小吸收電路;6. 在變壓器與 MOSFE比間加 BEAD CORE7. 在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容;8. PCB心 LAYOUT 時大電解電容,變壓器, MOS 構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的??;9. 變壓器,輸出二極管,輸出平波電解電容構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小。50-100MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起,1. 可以在整流管上串磁珠;2. 調(diào)整輸出整流管的吸收電路參數(shù);3. 可改變一二次側(cè)跨接 Y電容支路的阻抗,如 PIN腳處加 BEADCOR 或串接適當(dāng)?shù)碾?阻;4

14、. 也可改變 MOSFET輸出整流二極管的本體向空間的輻射如鐵夾卡 MOSFET;鐵夾卡 DIODE 改變散熱器的接地點。5. 增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射 .200MHZ以上開關(guān)電源已根本輻射量很小,一般可過EMI 標(biāo)準(zhǔn)。傳導(dǎo)方面 EMI 對策傳導(dǎo)冷機時在 0.15-1MHZ 超標(biāo),熱機時就有 7DB余量。主要原因是初級 BULK 電容 DF值過大造成的,冷機時 ESR比擬大,熱機時 ESR 比擬小,開關(guān)電流在 ESR形成 開關(guān)電壓,它會壓在一個電流 LN線間流動,這就是差模干擾。解決方法是用ESR低的電解電容或者在兩個電解電容之間加一個差模電感。 .輻射方面 EMI 對策輻射在 30300M

15、Hz頻段內(nèi)出現(xiàn)寬帶噪聲超標(biāo)通過在電源線上增加去耦磁環(huán)可開合進行驗證,如果有改善那么說明和電源線有 關(guān)系,采用以下整改方法: 如果設(shè)備有一體化濾波器, 檢查濾波器的接地是否良好, 接地線是否盡可能短;金屬外殼的濾波器的接地最好直接通過其外殼和地之間的大面積搭接。檢查濾波器 的輸入、輸出線是否互相靠近。適當(dāng)調(diào)整X/Y電容的容值、差模電感及共模扼流圈的感量;調(diào)整 Y電容時要注意平安問題;改變參數(shù)可能會改善某一段的輻射,但是 卻會導(dǎo)致另外頻度變差,所以需要不斷的試,才能找到最好的組合。適當(dāng)增大觸發(fā) 極上的電阻值不失為一個好方法;也可在開關(guān)管晶體管的集電極或者是MO 磨的漏極或者是次級輸出整流管對地接一個小電容也

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