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大功率开关电源中EMC电路技术
作者:管理员    发布于:2016-01-26 11:12:58    文字:【】【】【

  开关电源电磁打扰的抑办法对开关电源发作的 EMC 所采纳的按捺办法,首要从两个方面着:一是减小打扰源的打扰强度;二是堵截打扰传达。为了到达这个目的首要从以下几个方面着手:挑选适宜的开关电源作业办法及作业频率;挑选适宜的电路元件;选用准确的屏蔽办法、接地、滤波办法,运用合理的元件规划等几种办法。

  1 减小打扰源的打扰强度

  挑选适宜的开关电源的作业办法不相同,他们的发作的电磁打扰强度及所发作的电磁打扰操控难度是不相同的。例如:自激式开关电源在负载轻重不相同时不光脉冲宽度会改动,其开关频率改动很大,这么给战胜开关脉冲打扰和操控其传达带来很大的难度;他激式开关电源开关频率不变,它靠改动脉冲宽度来坚持输出安稳。显然,他激式开关电源更简单操控电磁打扰。阻隔型开关电源比阻隔型开关电源打扰小。桥式整流发作的打扰比其它整流办法发作的打扰小。光耦阻隔比变压器阻隔的打扰更简单操控。对 阻隔型开关电源谐振型比极性反转型打扰小多了。

  开关电源的作业频率也与打扰强度密有关。低的开关电源作业频率不光能够减小打扰的高频分量,其传导打扰和辐射打扰的传达功率会大大下降。实践规划中,咱们进行作业办法挑选时,综合思考其电磁容功能,这么通常能够取到事功倍的作用。至于作业频率,在不添加本钱和影响作业功率的情况下当然是越小越好。

  挑选适宜的电路元件

  开关电源电路是开关电源发作的电磁打扰最直接和最首要的来源。在开关回路中,开关管是中心。咱们实践规划和测验中发现,咱们用相同耐压的电流容量的不相同品牌的开关管进行辐射打扰测验,全体打扰最大的与最小的也许相差 15-20dB。

  对传导打扰的频率高端,咱们也发现相同的景象(对传导打扰的频率低端这种景象没有高端显着)。这与开关管在规划中有否思考电磁容有关。好的开关管在规划中思考到了高频率按捺信开关刹那间的震荡并顾了转换功率。这种开关管本钱也许会高些。开关回路中另一要害部件是脉冲变压器,脉冲变压器,对电磁容的影响表如今两个方面:一个是初级线圈与次级线圈间加静电屏层并引出接地,该接地线尽量接近开关管的发射极接直流输入的 0V地(热地),这么能够大大减小分布电容cd,然后减小了初、次级的电场的耦合打扰。

  为了减小脉冲变压器的漏磁,能够挑选关闭磁芯(如圆环),关闭磁芯比开口磁芯的漏磁小。不能够经过在脉冲变压器外包高磁导率的屏资料按捺漏磁,从 而减小了经过漏磁辐射的打扰。开关回路中的C1 挑选也很要害,挑选高频特性杰出的电容或在其上并联一个高频电容,下降高频阻抗,能够削减高频电流以差模办法传导到沟通电源中去构成传导打扰。在二次整流回路中,整流二极管D2 常要害。在低压大电流 的整流回路中,疾速康复的肖特基是一种较好的挑选。对高压输出电路可选用其它疾速康复二极管或带软康复特性的二极管。

  打扰吸收回路

  可在开关回路的开关T两头并联RC吸收回中如图 3(b)所示,或在开关管T两头并联RC吸收回路如图 3(a)所示,或在 RC/DRC回路可吸收天开关管T接通和断开刹那间发作的较高的浪涌尖峰电压,下降开关回路的打扰。如图 3(c)所示,在输出端的整流二极管D2 和D1 正极引线中串接带可饱满磁芯的线圈或微晶磁珠(co系)sc1、sc2。可饱满磁芯线圈/微晶磁珠在经过正常电流时磁芯饱满,电感量很小,不会影响电路正常作业,一旦电流要反向流过期,它将发作很大的反电势,阻挠反向电流的上,因而将它与二极管D1、D2 串联就能有用地按捺二极管D2 的反向浪涌电流。徽晶磁珠能够直接套在二极管的引线上,运用方便,作用也比RC吸收回路好。别的,D1、L、C2构成的滤波网络能够非常好滤除输出直流中的高频纹波,减小输出端的高频差模打扰。

  一次整流回路中PFC网络

  对一次整流回路,最显着的打扰是整流回路对沟通电网的挑选性取电导致的供电网络的波形畸变,功率要素偏低。为处理这个疑问,可在一次整流回路参加现成的PFC(功率要素操控)模板。该模块分有源和无源两种,有源模板作用非常好,但电路杂乱,本钱较高。为了更适合所规划的产品,也有公司供给PFC电路后一可将功率要素从 0.4 说到 0.9 以上。能够使所规划的开关电源顺畅经过GB176250.1-1998 的电流谐波测验。

  2. 堵截打扰传达路径

  滤波技能

  滤波技能是按捺的一种有用办法,其是在抵挡开关电源EMI信号的传导某些辐射打扰方面,具有显着的作用,电源线上的打扰电路以两种办法出现:一种是在前方零线回路中,其打扰被称为差模打扰;另一种是在和前方、零线与地和大地的回路中,称为共模打扰。

  差模打扰在两导线之间传输,归于对称性打扰,共模打扰在导线与地(机壳)之间传输,归于非对称性打扰。通常 20KHZ 以下时,差模打扰成分占首要成分。1MHZ 以上时,共模打扰成分占首要成分。在通常情况下,差模打扰频率高,还能够经过导线发作辐射,所形成的搅扰较大。因而,欲削弱传导打扰,把 EMI 信号操控在有关 EMC 标准规定的极限电平以下。

  除按捺打扰源以外,最有用的办法就是在开关电源输入和输出电路中加装 EMI信号,只需挑选相应的去耦电路或 EMI 滤波器,就不满意 EMC 标准的滤波作用。减小差形式传达室导打扰的办法是在电源线上串联差模扼流圈、在地与导线之间并联电容器、构成 LC 滤波器进行滤波,滤去共模传达室导噪声。共模扼流圈是将电源线的零线和前方同方向在铁氧体磁芯上构成的,它对线间活动的电源电流阻抗很小,而对两面三刀根线与地之间流过的共模电流阻抗则很大。

  对开关电源来说,输入电源端是电磁打扰从沟通电源端是电磁打扰从沟通电网传入内部和内部打扰反向注入电网的首要路径。为此有必要在电源入口处装置一个低通滤波器,这个滤波器只容许设备的作业频率(50HZ、60HZ、400HZ)经过,而对较高频率的打扰有很大的损耗,由于这个滤波器专门用于设备电源,所以称为电源滤波器。电源滤波器对差模打扰和共模打扰都按捺作用,但由于电路构造不相同,对差模打扰和共模打扰的按捺作用不相同。所以滤波器的技能指标中有差模插入损耗和共模插入损耗之分。

  对沟通供电的开关电源来说,假如没有输入电源滤波电路,要经过电磁容测验是很难想象的,典型的交泫电源滤波网络见图 4 所示。共形式扼流圈 LC1 由两个在同一个高磁导率磁芯上的构成,它们的构造使差模电流发作的磁场彼此抵消。这种构造能够以较小体积得较大的电感值,通常 1——10MHZ 而且不用忧虑由于作业电流导至饱满。每个组的电感能够减相对与地的共模搅扰电流,但只要漏电感才干衰减差模搅扰电流。因而,滤波器差模特性在很大程度上受头绪圈的构造的影响,由于线圈电感能够供给较大的差模衰减,但支付的价值是磁芯的饱满电流下降。

  共模电容器 CY1 和 CY2 衰减共模搅扰,当 CX3 很大时,这两个电容器对差模没有太大的影响。CY 电容器的有用性在很大程度上由设备的共模源阻抗决议。共模源阻抗通常是耦合到地的寄生电容的数,它由电路的构造办法和电源变压器初级——次级电容等决议,通常会超越 1000PF。由 CY 的分流作用供给的共模减通常不会超越 15——20dB。共模扼流圈组合(如图 4 中的 Lc2、Cx2)。

  差模电容器 CX1 和 CX2(3)只衰减差模搅扰电流,它们的电容值能够较大,通常为 0.1—0.47UF。留意源和负载的阻抗也许很低,以致于电容器起不到作用,

  因而根据具体情况,能够省掉一只电容器。例如,一只 0.1UF10ohm,而关于一个数百的电源,从 CX3 的电容值几乎没有用果,这时 CX3 右撤销。

  在很多场合,典型构造的滤波器不能供给满意的衰减作用。例如,有必要满意最严厉发射约束的大功率开关电源,或有较大的共模搅扰耦合的场合,或需求较高的输入瞬态抗抗度的场合。根本滤波器能够经过一些路径来拓展。附加的差模扼流圈 Ld1、Ld2,这是在 L 和 N 线上立的线圈,它们互相没有影响,因而对差模信号出现更高的阴阻抗,它们与 CX 合作在一起供给更大的衰减。由于它们要确保在满额作业电流的情况下发作饱满,困此关于必定的电感量,它们更重,体积更大。

  地线扼流圈:这添加了安全地上共模电流的阻抗当 CY 不能更大,而对电源的搅扰又没有其它办法时,这是仅有的一种减小输入、输出共模搅扰的办法。由于它的风险电流接受能力有必要满意安全标准的请求。运用时要确认没有其它联到设备机箱上的导线将其短路。

  瞬态按捺器:象压敏电阻这么一些器材跨接在 L 和 N 线之间能够削减输入的差模浪涌。假如它装置在接近电源的一端,则它有必要能够接受期的最大瞬态能量,装置在这儿能够维护电感不至于饱满和维护 CX 电容器。假如装置在设备一端,则其额定值能够大大下降,由于它现已受到了滤波器阻抗的维护。这儿的压敏电阻共模浪涌没有按捺作用。

  大容量的 CX 使用一只泄放电阻 R 来维护,防止电源断开时 L 和 N 线之间坚持的充电电荷形成人身损伤。在开关电源的直流输出端参加图 5 所示的直流输出滤波网络。它由共模扼流圈 Lc1、差模扼流圈 Ld1 和差模电容 CX1、CX2 构成。为了防止磁芯在较大的磁场强度下饱满而使扼流圈失掉作用差模扼流圈的磁芯有必要选用高频特性好且饱满磁场强度大的恒流磁芯。

  减小分布电容的耦合

  为了防止开关管集电极和开关管散热片之间的耦合电容 Ci 将开关管集电极上的脉冲打扰耦合到机壳和维护地 PE 上构成面向空间的辐射打扰和电源线传导共模打扰。咱们应当削减开关管集电极和散热片之间的耦合电容 Ci 选用低介电常数的资料作绝缘垫,加厚垫片的厚度,并选用静电屏的办法:通常开关管的外壳是集电极,在集电极和散热片之间垫上一层夹心绝缘物,既绝缘物中心夹一层铜箔,作为静电屏层,接在输入直流 0V 地(热地)上,散热片仍在机壳地上,这么就大大削减集电极与散热片之间的电场耦合。

  对脉冲变压器的初级与次级之间的耦合电容 Cd,也能够用相同的办法经过加静电屏层并就近在开关管的为射极接直流输入的 0V 地(热地)。该办法只能少cd 的耦合,依然会有有些打扰冲变压器的初级耦合到次级构成共模打扰,这时可经过在直流输入的 0V 地(热地)端的共模打扰一个回路,重新回到直流输入的 0V 地,然后减小经过 cd 耦合的共模打扰。在挑选该电容时为确保经过安全测验所的耐压,通常由两个 Y 电容串联运用。

  3.屏蔽技能

  按捺开关电源辐射打扰的有用办法是屏蔽技能。对电场屏用导电杰出的资料 。为了防止冲变压器的磁场 走漏,可利用闭环构成磁屏,对全部开关电源要进行电场屏。在屏的应思考散热和通风疑问,屏外壳上的通风孔最佳为多孔圆形,在满意我的条件下,孔的数量能够多,每个孔的尺度要尽也许小,接缝处最佳焊接,以确保电磁的连续性,假如选用螺钉固定,留意螺丝距离要短,屏外壳的引进、引出线处要采纳滤波办法,不然这些线都会变成杰出的打扰发射天线,严峻下降屏处壳的屏作用,对无法进行完全屏的开关电源,至少在其要害部位要有部分屏。电场屏假如屏外壳不接地。对非嵌入的外置式开关电源的外壳进行电场屏非常主要,不然很难经过辐射打扰测验。对嵌入式的内置开关电源是不是选用外壳屏则视其体系的屏效能及体系中别的有些对电源打扰的灵敏程度而定。

  4. 电路布线

  元件及电路的挑选关于操控 EMI 至关主要,但电路板的规划和互连也具有同等主要的影响。尤其是关于高密度、选用多层电路板的开关电源,元件的规划和走线上发作很大 dv/dt 和 di/dt 的信号,它能够耦合到其它连线上形成兼容疑问。

  不过,只需在要害回路的规划方面多加留意,就可防止兼容性部题以及花费很大价值去对线路板进行修改。关于 一个体系来讲,辐射型和传导型电磁搅扰相简单区分,但具体到某块电路板或某导线。疑问就变得杂乱了。相邻连线之间会有电场的耦合,一起也会经过分布电容传导电流、相同地,连线之间也会象变压器相同。

脚注信息
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