開關(guān)電源EMI處理新方法

1、開關(guān)電源的EMI處理新方法EM,開關(guān)電源一、開關(guān)電源EMI整改中，關(guān)于不同頻段干擾原因及抑制辦法。1MHZ以內(nèi)，以差模干擾為主。增大X電容量；添加差模電感；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）。1MHZ-5MHZ差模共模混合，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，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；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；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，

2、在地線上用一個(gè)磁環(huán)串繞2-3圈會(huì)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。20-30MHZ,對于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對地Y2電容量或改變Y2電容位置；調(diào)整一二次側(cè)間的Y1電容位置及參數(shù)值；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。改變PCBLAYOUT輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小共模電感；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)；在變壓器與MOSFE之間力口BEADCORE在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容?？梢杂迷龃驧OSS區(qū)動(dòng)電阻.30-50MHZ,普遍是MOSt高速開

3、通關(guān)斷引起?？梢杂迷龃驧OS1動(dòng)電阻；RC預(yù)沖電路采用1N4007慢管；VCC供電電壓用1N4007慢管來解決；或者輸出線前端串接一個(gè)雙線并繞的小共模電感；在MOSFET勺D-S腳并聯(lián)一個(gè)小吸收電路；在變壓器與MOSFE之間力口BEADCORE在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容；PCB心LAYOUT時(shí)大電解電容，變壓器，MOS勾成的電路環(huán)盡可能的?。蛔儔浩?，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?？梢栽谡鞴苌洗胖椋徽{(diào)整輸出整流管的吸收電路參數(shù)；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)碾娮瑁灰?/p>

4、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(diǎn)）；增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射。200MHZH上，開關(guān)電源已基本輻射量很小，一般可過EMI標(biāo)準(zhǔn)。補(bǔ)充說明：開關(guān)電源高頻變壓器初次間一般是屏蔽層的，以上未加綴述。開關(guān)電源是高頻產(chǎn)品，PCB的元器件布局對EMI.,請密切注意此點(diǎn)。開關(guān)電源若有機(jī)械外殼，外殼的結(jié)構(gòu)對輻射有很大的影響，請密切注意此點(diǎn)。主開關(guān)管、主二極管不同的生產(chǎn)廠家參數(shù)有一定的差異，對EMC有一定的影響，請密切注意此點(diǎn)。二、EMI濾波器設(shè)計(jì)原理在開關(guān)電源中，主要的EMI騷擾源是功率半導(dǎo)體器件開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的DV/DT和DI/DT,

5、因而電磁發(fā)射EME（ElectromagneticEmission）通常是寬帶的噪聲信號，其頻率范圍從開關(guān)工作頻率到幾MHz）所以，傳導(dǎo)型電磁環(huán)境（EME的測量，正如很多國際和國家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定，頻率范圍在0.1530MHz設(shè)計(jì)EMI濾波器，就是要對開關(guān)頻率及其高次諧波的噪聲給予足夠的衰減。基于上述標(biāo)準(zhǔn)，通常情況下只要考慮將頻率高于150kHz的EMEU減至合理范圍內(nèi)即可。在數(shù)字信號處理領(lǐng)域普遍認(rèn)同的低通濾波器概念同樣適用于電力電子裝置中。簡言之，EMI濾波器設(shè)計(jì)可以理解為要滿足以下要求：1）規(guī)定要求的阻帶頻率和阻帶衰減；（滿足某一特定頻率fstop有需要Hstop的衰減）；2）對電網(wǎng)頻率低衰減（

6、滿足規(guī)定的通帶頻率和通帶低衰減）；3）低成本。三、開關(guān)電源EMI設(shè)計(jì)1.開關(guān)電源的EMI源開關(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)境對開關(guān)電源的干擾主要來自電網(wǎng)的抖動(dòng)、雷擊、外界輻射等。（1）功率開關(guān)管功率開關(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)管既是電場耦合的主要干擾源，也是磁場耦合的主要干擾源。(2)高頻變壓器高頻變壓器的EMI來源集中體現(xiàn)在漏感對應(yīng)的di/dt快速循環(huán)變換，因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源。(3)整流二極管整流二極管的EMI來源集中體現(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

7、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，PCB是上述干擾源的耦合通道，PCB的優(yōu)劣，直接對應(yīng)著對上述EMI源抑制的好壞。2 .開關(guān)電源EMI傳輸通道分類(1)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；(2)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、

8、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)行合理布局;(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分開來講，9大措施分別是：減小DV/DT和DI/DT(降低其峰值、減緩其斜率)；壓敏電阻的合理應(yīng)用，以降低浪涌電壓；阻尼網(wǎng)絡(luò)抑制

9、過沖采用軟恢復(fù)特性的二極管，以降低高頻段EMI有源功率因數(shù)校正，以及其他諧波校正技術(shù)采用合理設(shè)計(jì)的電源線濾波器合理的接地處理有效的屏蔽措施合理的PCB設(shè)計(jì)4 .高頻變壓器漏感的控制高頻變壓器的漏感是功率開關(guān)管關(guān)斷尖峰電壓產(chǎn)生的重要原因之一，因此，控制漏感成為解決高頻變壓器帶來的EMI首要面對的問題。減小高頻變壓器漏感兩個(gè)切入點(diǎn)：電氣設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)。(1)選擇合適磁芯，降低漏感。漏感與原邊匝數(shù)平方成正比，減小匝數(shù)會(huì)顯著降低漏感。(2)減小繞組間的絕緣層。現(xiàn)在有一種稱之為“黃金薄膜”的絕緣層，厚度20100um,脈沖擊穿電壓可達(dá)幾千伏。(3)增加繞組間耦合度，減小漏感。5 .高頻變壓器的屏蔽為防止

10、高頻變壓器的漏磁對周圍電路產(chǎn)生干擾，可采用屏蔽帶來屏蔽高頻變壓器的漏磁場。屏蔽帶一般由銅箔制作，繞在變壓器外部一周，并進(jìn)行接地，屏蔽帶相對于漏磁場來說是一個(gè)短路環(huán)，從而抑制漏磁場更大范圍的泄漏。高頻變壓器，磁心之間和繞組之間會(huì)發(fā)生相對位移，從而導(dǎo)致高頻變壓器在工作中產(chǎn)生噪聲(嘯叫、振動(dòng))。為防止該噪聲，需要對變壓器采取加固措施：(1)用環(huán)氧樹脂將磁心(例如EE、EI磁心)的三個(gè)接觸面進(jìn)行粘接，抑制相對位移的產(chǎn)生；(2)用“玻璃珠”(Glassbeads)膠合劑粘結(jié)磁心，效果更好。四、幾種新的抑制傳導(dǎo)干擾的方法開關(guān)電源技術(shù)是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，我們可以利用先進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計(jì)技術(shù)、磁性材料、電感元件技術(shù)以

11、及開關(guān)器件技術(shù)等來有效地減少和抑制EMI信號干擾。目前，開關(guān)電源日益廣泛地應(yīng)用到各種控制設(shè)備、通信設(shè)備以及家用電器中，其電磁干擾問題、及與其它電子設(shè)備的電磁兼容問題已日益成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，未來電磁干擾及其相關(guān)問題必將得到更多研究。1 .新的控制方法一調(diào)制頻率(ModulatedFrepuecy)控制。電磁干擾是根據(jù)開關(guān)頻率周期變化的，干擾能量集中在離散的開關(guān)頻率點(diǎn)上，很難滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)的要求。如果把開關(guān)信號的能量調(diào)制分布在一個(gè)很寬的頻帶上，產(chǎn)生一系列分立邊頻帶，則可以將干擾頻譜展開，使干擾能量分布在各個(gè)頻段上，這樣更容易達(dá)到EMI標(biāo)準(zhǔn)。頻率調(diào)制方法就是根據(jù)這種原理實(shí)現(xiàn)對開關(guān)電源電磁干擾的抑制

12、。最初人們采用隨機(jī)頻率控制，其主要思想是：在控制回路中加入一個(gè)隨機(jī)擾動(dòng)分量，使開關(guān)間隔(占空比D)進(jìn)行不規(guī)則變化。則開關(guān)噪聲頻譜由原來離散的尖峰脈沖噪聲變成連續(xù)分布噪聲，其峰值大大下降。2 .新的無源緩沖電路設(shè)計(jì)。開關(guān)變換器中主要的電磁干擾是在開關(guān)管開關(guān)時(shí)刻產(chǎn)生的。以整流二極管為例，在開通時(shí)，其反向恢復(fù)電流不僅引起大量的開通損耗，還產(chǎn)生很大的di/dt。導(dǎo)致電磁干擾；在關(guān)斷時(shí)，其兩端的電壓快速升高，有很大的dv/dt,從而產(chǎn)生電磁干擾。緩沖電路不僅可抑制開通時(shí)di/dt變化率、限制關(guān)斷時(shí)dv/dt的變化，還具有電路簡單、成本低的特點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。3 .無源補(bǔ)償技術(shù)。應(yīng)用無源補(bǔ)償技術(shù)，則可

13、以在不影響主電路工作的情況下較好地抑制電路的共模干擾，并可減少LCM節(jié)省成本。由于共模干擾是由開關(guān)器件的寄生電容在高頻時(shí)的di/dt產(chǎn)生的，因此，用一個(gè)額外的變壓器繞組在補(bǔ)償電容上產(chǎn)生一個(gè)180度的反向電壓，產(chǎn)生的補(bǔ)償電流再與寄生電容上的干擾電流迭加，從而消除干擾。這就是無源補(bǔ)償?shù)脑?。由于布線的原因，信號通過地線、電源和傳輸線的阻抗互相耦合而形成的噪聲。因電源濾波不佳造成泄漏，甚至形成寄生振蕩。電磁耦合會(huì)在PCB/變壓器和輸入/出端引起所謂差模噪聲和共模噪聲，見圖1的示意圖。這完全由電磁干擾在兩電源線上產(chǎn)生的耦合電流的方向來決定，噪聲電流IN與差模信號電流IS方向相同時(shí)，產(chǎn)生差模噪聲；噪聲電

14、流IN在兩輸入線上方向相同，則產(chǎn)生共模噪聲。差模噪聲和共模噪聲往往同時(shí)產(chǎn)生。圖1(a)差模噪聲(b)共模噪聲4 .屏蔽屏蔽就是在電子電路中將噪聲干擾源屏蔽起來。例如將變壓器屏蔽起來，因?yàn)樽儔浩魇且粋€(gè)很大的電磁干擾源。變壓器的干擾一般具有方向性，改變方向也能有效降低干擾強(qiáng)度。最怕受干擾的部分屏蔽起來。例如放大器的輸入回路。屏蔽分電場屏蔽和磁場屏蔽，屏蔽材料可用銅、鋁、鐵的箔片制成，也可采用鐵濕氧和坡莫合金等材料。鐵濕氧是絕緣導(dǎo)磁材料，可屏蔽磁場，坡莫合金是良好的導(dǎo)電、導(dǎo)磁材料，可有效屏蔽電場和磁場。在要求高的場合，可以采用多層屏蔽。典型的屏蔽原理圖見圖2。圖2靜電屏蔽原理磁屏蔽原理5 .濾波和去耦濾波是將交流電源整流后的交流分量抑制掉。濾波后，直流電源中的紋波對電子電路各級的影響是不同的。因此需要對敏感部分或源加去耦合電路，去耦電路就是一個(gè)RC電容濾波電路，見圖3。供電線成網(wǎng)狀分布，以降低印制電路板的合理布置電源的供電走線，將流有大電流的走線和輸入級的供電線分開,銅箔電阻