開(kāi)關(guān)電源EMI設計若干經(jīng)驗分享發(fā)布時(shí)間:2021/10/7 13:17:38 瀏覽次數:1040 |
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開(kāi)關(guān)電源的EMI干擾源集中體現在功率開(kāi)關(guān)管、整流二極管、高頻變壓器等,外部環(huán)境對開(kāi)關(guān)電源的干擾主要來(lái)自電網(wǎng)的抖動(dòng)、雷擊、外界輻射等。 1、開(kāi)關(guān)電源的EMI源 開(kāi)關(guān)電源的EMI干擾源集中體現在功率開(kāi)關(guān)管、整流二極管、高頻變壓器等,外部環(huán)境對開(kāi)關(guān)電源的干擾主要來(lái)自電網(wǎng)的抖動(dòng)、雷擊、外界輻射等。 (1)功率開(kāi)關(guān)管 功率開(kāi)關(guān)管工作在On-Off快速循環(huán)轉換的狀態(tài),dv/dt和di/dt都在急劇變換,因此,功率開(kāi)關(guān)管既是電場(chǎng)耦合的主要干擾源,也是磁場(chǎng)耦合的主要干擾源。 (2)高頻變壓器 高頻變壓器的EMI來(lái)源集中體現在漏感對應的di/dt快速循環(huán)變換,因此高頻變壓器是磁場(chǎng)耦合的重要干擾源。 (3)整流二極管 整流二極管的EMI來(lái)源集中體現在反向恢復特性上,反向恢復電流的斷續點(diǎn)會(huì )在電感(引線(xiàn)電感、雜散電感等)產(chǎn)生高 dv/dt,從而導致強電磁干擾。 (4)PCB 準確的說(shuō),PCB是上述干擾源的耦合通道,PCB的優(yōu)劣,直接對應著(zhù)對上述EMI源抑制的好壞。 2、開(kāi)關(guān)電源EMI傳輸通道分類(lèi) (一)傳導干擾的傳輸通道 (1)容性耦合 (2)感性耦合 (3)電阻耦合 a、公共電源內阻產(chǎn)生的電阻傳導耦合 b、公共地線(xiàn)阻抗產(chǎn)生的 電阻傳導耦合 c、公共線(xiàn)路阻抗產(chǎn)生的電阻傳導耦合 (二)輻射干擾的傳輸通道 (1)在開(kāi)關(guān) 電源中,能構成輻射干擾源的元器件和導線(xiàn)均可以被假設為天線(xiàn),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(kāi)關(guān)管可以假設為電偶極子,電感線(xiàn)圈可以假設為磁偶極子; (2)沒(méi)有屏蔽體時(shí),電偶極子、磁偶極子,產(chǎn)生的電磁波傳輸通道為空氣(可以假設為自由空間); (3)有屏蔽體時(shí),考慮屏蔽體的縫隙和孔洞,按照泄漏場(chǎng)的數學(xué)模型進(jìn)行分析處理。 3、開(kāi)關(guān)電源EMI抑制的9大措施 在開(kāi)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)現開(kāi)關(guān)電源的EMC設計技術(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(guò)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(kāi)來(lái)講,9大措施分別是: (1)減小dv/dt和di/dt(降低其峰值、減緩其斜率) (2)壓敏電阻的合理應用,以降低浪涌電壓 (3)阻尼網(wǎng)絡(luò )抑制過(guò)沖 (4)采用軟恢復特 性的二極管,以降低高頻段EMI (5)有源功率因數校正,以及其他諧波校正技術(shù) (6)采用合理設計的電源線(xiàn)濾波器 (7)合理的接地處理 (8)有效的屏蔽措施 (9)合理的PCB設計 4、高頻變壓器漏感的控制 高頻變壓器的漏感是功率開(kāi)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(lái)的EMI首要面對的問(wèn)題。 減小高頻變壓器漏感兩個(gè)切入點(diǎn):電氣設計、工藝設計! (1)選擇合適磁芯,降低漏感。漏感與原邊匝數平方成正比,減小匝數會(huì )顯著(zhù)降低漏感。 (2)減小繞組間的絕緣層?,F在有一種稱(chēng)之為“黃金薄膜”的絕緣層,厚度20——100um,脈沖擊穿電壓可達幾千伏。 (3)增加繞組間耦合度,減小漏感。 5、高頻變壓器的屏蔽 為防止高頻變壓器的漏磁對周?chē)娐樊a(chǎn)生干擾,可采用屏蔽帶來(lái)屏蔽高頻變壓器的漏磁場(chǎng)。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(chǎng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)短路環(huán),從而抑制漏磁場(chǎng)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(shù)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”(Glass beads)膠合劑粘結磁心,效果更好。 |
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