开关电源设计的噪声降低法

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开关电源EMI整改方案

开关电源EMI整改方案

开关电源的EMI处理方法一、开关电源EMI整改中,关于不同频段干扰原因及抑制办法。

1MHZ以内,以差模干扰为主。

①增大X电容量;②添加差模电感;③小功率电源可采用 PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。

1MHZ-5MHZ,差模共模混合,采用输入端并联一系列 X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决,①对于差模干扰超标可调整 X 电容量,添加差模电感器,调差模电感量;②对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制;③也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如 FR107 一对普通整流二极管1N4007。

5M以上,以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法。

对于外壳接地的,在地线上用一个磁环串绕 2-3 圈会对 10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用; 可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环. 处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。

20-30MHZ,①对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置;②调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值;③在变压器外面包铜箔;变压器最里层加屏蔽层;调整变压器的各绕组的排布。

④改变PCB LAYOUT;⑤输出线前面接一个双线并绕的小共模电感;⑥在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数;⑦在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE;⑧在变压器的输入电压脚加一个小电容。

⑨可以用增大MOS驱动电阻.30-50MHZ,普遍是MOS管高速开通关断引起。

①可以用增大MOS驱动电阻;②RCD缓冲电路采用1N4007 慢管;③VCC供电电压用1N4007 慢管来解决;④或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感;⑤在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路;⑥在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE;⑦在变压器的输入电压脚加一个小电容;⑧PCB心LAYOUT 时大电解电容,变压器,MOS构成的电路环尽可能的小;⑨变压器,输出二极管,输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。

开关电源电磁干扰(EMI)抑制措施总结

开关电源电磁干扰(EMI)抑制措施总结

摘要:开关电源的电磁干扰对电子设备的性能影响很大,因此,各种标准对抑制电源设备电磁干扰的要求已越来越高。

对开关电源中电磁干扰的产生机理做了简要的描述,着重总结了几种近年提出的新的抑制电磁干扰的方法,并对其原理、应用做了简单介绍。

1 引言随着电子设备的大量应用,电源在这些设备中的地位越来越重要,而开关变换器由于体积小、重量轻、效率高等特点,在电源中占的比重越来越大。

开关电源大多工作在高频情况下,在开关器件的开关过程中,寄生元件(如寄生电容、寄生电感等)中能量的高频变化产生了大量的电磁干扰( ElectromagneticInterference , EMI )。

EMI 信号占有很宽的频率范围,又有一定的幅度,经过在电路、空间中的传导和辐射,污染了周围的电磁环境,影响了与其它电子设备的电磁兼容( ElectromagneticCompatibility )性。

随着近年来各国对电子设备的电磁干扰和电磁兼容性能要求的不断提高,对电磁干扰以及新的抑制方法的研究已成为开关电源研究中的热点。

本文对电磁干扰产生、传播的机理进行了简要的介绍,重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的新方法。

2 电磁干扰的产生和传播方式开关电源中的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。

通常传导干扰比较好分析,可以将电路理论和数学知识结合起来,对电磁干扰中各种元器件的特性进行研究;但对辐射干扰而言,由于电路中存在不同干扰源的综合作用,又涉及到电磁场理论,分析起来比较困难。

下面将对这两种干扰的机理作一简要的介绍。

2.1传导干扰的产生和传播传导干扰可分为共模( CommonMode CM )干扰和差模( DifferentialMode DM )干扰。

由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断,使得开关电源在其输入端(即交流电网侧)产生较大的共模干扰和差模干扰。

2.1.1 共模( CM )干扰变换器工作在高频情况时,由于 dv/dt 很高,激发变压器线圈间、以及开关管与散热片间的寄生电容,从而产生了共模干扰。

抑制开关电源电磁干扰的措施

抑制开关电源电磁干扰的措施

抑制开关电源电磁干扰的措施开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。

根据上篇分析的电磁干扰源,结合它们的耦合途径,可以从EMI 滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰,把电磁干扰衰减到允许限度之内。

1.交流输入EMI 滤波器滤波是一种抑制传导干扰的方法,在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害,也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。

电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元,在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。

电源进线端通常采用如图1 所示的EMI 滤波器电路。

该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。

在电路中,跨接在电源两端的差模电容Cx1、Cx2 (亦称X 电容)用于滤除差模干扰信号,一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器,电容值通常取0.1~ 0. 47F。

而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2 (亦称Y 电容)则用来短路共模噪声电流,取值范围通常为C1=C2 # 2200 pF。

抑制电感L1、L2 通常取100~ 130H,共模扼流圈L 是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成,通常要求其电感量L#15~ 25 mH。

当负载电流渡过共模扼流圈时,串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反,它们在磁芯中相互抵消。

因此,即使在大负载电流的情况下,磁芯也不会饱和。

而对于共模干扰电流,两个线圈产生的磁场是同方向的,会呈现较大电感,从而起到衰减共模干扰信号的作用。

2.利用吸收电路开关电源产生EMI 的主要原因是电压和电流的急剧变化,因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率( du/ dt 和di/ dt )。

采取吸收电路能够抑制EMI,其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路,吸收积蓄在寄生分布参数中的能量,从而抑制干扰的发生。

可以在开关管两端并联如图2( a)所示的RC 吸收电路,开关管或二极管在开通和关断过程中,管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压,可以通过缓冲的方法予以克服。

开关电源的电磁干扰解决方法

开关电源的电磁干扰解决方法
输出整流二极管的反向恢复问题可以通过在输出整流管上串联一个饱和电感来抑制,,饱和电感Ls与二极管串联工作。饱和电感的磁芯是用具有矩形BH曲线的磁性材料制成的。同磁放大器使用的材料一样,这种磁芯做的电感有很高的磁导率,该种磁芯在BH曲线上拥有一段接近垂直的线性区并很容易进入饱和。实际使用中,在输出整流二极管导通时,使饱和电感工作在饱和状态下,相当于一段导线;当二极管关断反向恢复时,使饱和电感工作在电感特性状态下,阻碍了反向恢复电流的大幅度变化,从而抑制了它对外部的干扰。
差模干扰抑制器通常使用低通滤波元件构成,最简单的就是一只滤波电容接在两根电源线之间而形成的输入滤波电路(如图6中电容CX1),只要电容选择适当,就能对高频干扰起到抑制作用。该电容对高频干扰阻抗甚底,故两根电源线之间的高频干扰可以通过它,它对工频信号的阻抗很高,故对工频信号的传输毫无影响。该电容的选择主要考虑耐压值,只要满足功率线路的耐压等级,并能承受可预料的电压冲击即可。为了避免放电电流引起的冲击危害,CX电容容量不宜过大,一般在0.01~0.1μF之间。电容类型为陶瓷电容或聚酯薄膜电容。
ID=2πfCYVcY
式中:ID为漏电流;
f为电网频率。
一般装设在可移动设备上的滤波器,其交流漏电流应<1mA;若为装设在固定位置且接地的设备上的电源滤波器,其交流漏电流应<3.5mA,医疗器材规定的漏电流更小。由于考虑到漏电流的安全规范,电容CY的大小受到了限制,一般为2.2~33nF。电容类型一般为瓷片电容,使用中应注意在高频工作时电容器CY与引线电感的谐振效应。
1.2 输入电流畸变造成的噪声
开关电源的输入普遍采用桥式整流、电容滤波型整流电源。,在没有 PFC功能的输入级,由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用,使得二极管的导通角变小,输入电流i成为一个时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流。这种畸变的电流实质上除了包含基波分量以外还含有丰富的高次谐波分量。这些高次谐波分量注入电网,引起严重的谐波污染,对电网上其他的电器造成干扰。为了控制开关电源对电网的污染以及实现高功率因数,PFC电路是不可或缺的部分。

开关电源纹波和噪声的抑制

开关电源纹波和噪声的抑制

、 .8 No 5 b1 . . 2
Oc . 0 8 t2 0
开关 电源纹波和噪声 的抑制
董玉林 ,王晓明,刘 瑶,周青山
( 宁工业 大学 机 械工 程与 自动 化 学院 ,辽宁 锦 州 110 ) 辽 20 1

要 :分析了开关 电源纹波和噪声的组成成分及哪些成分需要抑制 。通 过铁氧体磁珠抑制基频纹波和高频
文献标识码 :A
文章编号:17 -2 12 0 )50 0 —3 6 436 (0 80 —320
Ri p ea d No s tn a e t M PS p l n ieAte u tswi S h
D ONG Y - n ul , i NG Xi — n , I a , HO Qigs a a mig L U Y o Z U n — n o h
开关 电源 的输入 纹波 和噪 声 ,如 果不滤 波 ,有 时足 以干扰 其他 装置 。因此 ,有必 要采取 适 当的方
刻,如图 1 ,可由示波器准确地测试到。尽管噪声
的重 复频 率 由 S S的开关 频率 决定 ,但 通 常此频 MP 率包 含的 噪声尖 峰频 率高 于开关 频率 ;幅值 的大 小 由 S S的拓 扑 、寄生 电流和 P B 走 线决 定 ,尽 MP C 管 出现 在 高频 ,但 噪声尖 峰极 易受 探头 和实 验结构
第 2 第 5期 8卷 20 0 8年 l 0月
辽宁工业大学学报 ( 自然科学版)
J un l f i nn iesyo eh oo yNa r ce c dt n o ra o a ig L o Unv ri f cn lg ( t a S in e io ) t T ul E i
o jcig tes t ig f q ec p l ad hg rq e c os i er eb a h n b c fr et wi hn r un y r pe n ih f u ny n i w t fr t e d w e uk e n h c e i e e h i

开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法

开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法

开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法关键字:噪声纹波开关电源本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。

纹波和噪声产生的原因开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。

纹波是输出直流电压的波动,与开关电源的开关动作有关。

每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。

纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。

噪声的产生原因有两种,一种是开关电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。

开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成,也称为开关噪声。

噪声脉冲串的频率比开关频率高得多,噪声电压是其峰峰值。

噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。

利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。

纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。

纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。

图1 纹波和噪声的波形纹波和噪声的测量方法纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。

目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法,它能精准地测出纹波和噪声电压值。

由于开关电源的品种繁多(有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等),但是各生产厂家都采用示波器测量法,仅测量装置上不完全相同,因此各厂对不同开关电源的测量都有自己的标准,即企业标准。

用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图2所示。

它由被测开关电源、负载、示波器及测量连线组成。

有的测量装置中还焊上电感或电容、电阻等元件。

图2 示波器测量框图从图2来看,似乎与其他测波形电路没有什么区别,但实际上要求不同。

开关电源EMI源头降噪设计-RC吸收电路

开关电源EMI源头降噪设计-RC吸收电路

开关电源EMI源头降噪设计-RC吸收电路1.背景说明原理图EMC设计时,开关电源常见拓扑结构(BUCK,BOOST,FLYBACK,PUSH-PULL,HALF-BRIDGE,FULL-BRIDGE)开关管和二极管一般都要求设计RC 或C吸收电路。

通常要求R尽量小,C尽量大,RC的取值主要依据EMC工程师或电源工程师的设计经验,如典型取值:R=10Ω,C=1nF;具体参数多大,设计者需要兼顾EMC、效率、热、可靠性等,最终综合确定。

RC的添加位置、参数影响、以及对EMC影响的机理以及对EMI的改善频率段并不是每个设计者都有清晰了解,这也就导致了在实际的问题解决过程中更多的是依赖经验或者是不断的尝试。

电源拓扑吸收电路示意图BUCKBOOSTFLYBACK PUSH-PULL HALF-BRIDGEFULL-BRIDGE2.RC吸收电路介绍我们以BUCK电源变换器电路为例,在BUCK变换器集成电路中,开关节点(开关动点)处会产生许多高频噪声,吸收电路提供一种消除这种高频噪声的方法。

图1显示BUCK开关变换器的电路。

在实际电路中,存在大量寄生电感L和寄P生电容C,如图2所示。

当高压侧开关接通或断开时,寄生电感器中积累的能量会P在输入回路中引起LC谐振(通常为阻尼振荡式的振铃波)。

寄生元件的极小值使共振频率可达到百MHz级别,导致EMI电磁干扰特性恶化,如图3所示。

RC吸收电路可以有效减小或降低这种高频振荡噪声,通过在开关节点上增加一个简单的RC电路来实现,如图4所示。

图5为吸收电路的工作过程原理。

当高压侧开关接通时,在寄生电感器中积累的能量作为静电能存储在缓冲电容器SNB C 中。

由于开关节点的电位增加到输入电压IN V ,当充电到IN V 时,2**21IN SNB V C 的能量存储在电容器中。

然后产生的电阻损耗2**21IN SNB V C 等于在缓冲电阻器SNB R 中充电的能量。

当开关节点的电位降低到地电位时,随着低压侧开关的接通,存储在缓冲电容器SNB C 中的能量通过缓冲(阻尼)电阻器放电。

开关电源的纹波和噪声

开关电源的纹波和噪声

本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。

一.纹波和噪声产生的原因开关电源输出的不是纯正的直流电压,里面有些交流成分,这就是纹波和噪声造成的。

纹波是输出直流电压的波动,与开关电源的开关动作有关。

每一个开、关过程,电能从输入端被“泵到”输出端,形成一个充电和放电的过程,从而造成输出电压的波动,波动频率与开关的频率相同。

纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值,其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。

噪声的产生原因有两种,一种是开关电源自身产生的;另一种是外界电磁场的干扰(EMI),它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。

开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串,由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成,也称为开关噪声。

噪声脉冲串的频率比开关频率高得多,噪声电压是其峰峰值。

噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。

利用示波器可以看到纹波和噪声的波形,如图1所示。

纹波的频率与开关管频率相同,而噪声的频率是开关管的两倍。

纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压,其单位是mVp-p。

图1 纹波和噪声的波形二.纹波和噪声的测量方法纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一,因此如何精准测量是一个十分重要问题。

目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法,它能精准地测出纹波和噪声电压值。

由于开关电源的品种繁多(有不同的拓扑、工作频率、输出功率、不同的技术要求等),但是各生产厂家都采用示波器测量法,仅测量装置上不完全相同,因此各厂对不同开关电源的测量都有自己的标准,即企业标准。

用示波器测量纹波和噪声的装置的框图如图2所示。

它由被测开关电源、负载、示波器及测量连线组成。

有的测量装置中还焊上电感或电容、电阻等元件。

图2 示波器测量框图从图2来看,似乎与其他测波形电路没有什么区别,但实际上要求不同。

开关电源的尖峰处理及其抑制方法

开关电源的尖峰处理及其抑制方法

开关电源的尖峰处理及其抑制方法电源纹波会干扰电子设备的正常工作,引起诸如计算机死机、数据处理出错及控制系统失灵等故障,给生产和科研酿成难以估量的损失,因此必须采取措施加以抑制。

产生尖峰的原因很多,以下着重说明滤波电路对二极管反向恢复时间所产生的纹波尖峰加以分析,并总结出几种有效的抑制措施。

2滤波电路为减小电源尖峰干扰需要在电源进线端和电源输出线端分别加入滤波电路。

2.1电源进线端滤波器在电源进线端通常采用如图1所示电路。

该电路对共模和差模纹波干扰均有较好抑制作用。

图中各元器件的作用:(1)L1,L2,C1用于滤除差模干扰信号。

L1,L2磁芯面积不宜太小,以免饱和。

电感量几毫亨至几十毫亨。

C1为电源跨接电容,又称X电容。

用陶瓷电容或聚脂薄膜电容效果更好。

电容量取0.22μF~0.47μF。

(2)L3,L4,C2,C3用于滤除共模干扰信号。

L3,L4要求圈数相同,一般取10,电感量2mH左右。

C2,C3为旁路电容,又称Y电容。

电容量要求2200pF左右。

电容量过大,影响设备的绝缘性能。

在同一磁芯上绕两个匝数相等的线圈。

电源往返电流在磁芯中产生大小相等、方向相反的磁通。

故对差模信号电感L3、L4不起作用(见图2),但对于相线与地线间共模信号,呈现为一个大电感。

其等效电路如图3所示。

由等效电路知:令L1=L2=M=L,UN=RCI1同时RC RL,则:图1电源进线端滤波电路(1)一般ωL RL,则:。

式(1)表明,对共模信号Ug而言,共模电感呈现很大的阻抗。

2.2输出端滤波器输出端滤波器大都采用LC滤波电路。

其元件选择一般资料中均有。

为进一步降低纹波,需加入二次LC滤波电路。

LC滤波电路中L值不宜过大,以免引起自激,电感线圈一般以1~2匝为宜。

电容宜采用多只并联的方法,以降低等效串联电阻。

同时采样回路中要加入RC前馈采样网络。

图2共模电感对差模信号不起作用如果加入滤波器后,效果仍不理想,则要详细检查公共地线的长度、线径是否合适。

浅谈如何降低反激式开关电源音频噪声

浅谈如何降低反激式开关电源音频噪声

浅谈如何降低反激式开关电源音频噪声西安展芯微电子技术股份有限公司张国卿人耳可听的音频范围一般在20Hz~20KHz,尤其对2~4KHz最为敏感,当电源工作时存在以上频率分量且能量达到一定时,就会听到刺耳的音频噪声,如等响曲线图1。

需要说明的是,在开关电源中存在一些音频噪声是正常的,要确定噪声是否在可接受范围内,必须在最终壳体或产品中进行测试。

假如电源用在密闭的壳体中,音频噪声一般不会构成问题。

图1 等响曲线目前反激式开关电源可以分为原边反馈式和次边反馈式,由于两类对频率控制方式不同,故音频噪声产生的原因是不相同的。

先来看看原边反馈式频率控制方式,从空载到满载时频率从一个低值(比如1KHz),逐渐上升到高值(比如65KHz),由于频率是连续增加的,所以会经历整个音频噪声区间。

展芯微电子开发的第一代产品PR623X负载和频率呈线性关系,故在30%的负载内均可能发生异音;展芯微电子开发的新一代产品PR6214和PR6434,分别使用了先进的降噪音技术,其中PR6214采用了两段式频率曲线,PR6434采用优化的非线性频率曲线,如负载与频率曲线图2。

使得音频噪声的负载区间大幅压缩,其中PR6214可以压缩到15%以内,PR6434可以压缩到7%以内,此时,由于开关电源传输能量极低,基本上可以消除异音。

同时,PR6214和PR6434的频率曲线配合谷底导通模式,可实现较高的平均效率。

LoadFosc20KHz 30% 15%7% 100%图2 负载与频率曲线次边反馈反激式开关电源一般情况下是不会发出噪声的,因为其开关频率都大于20KHz 。

由于为了降低待机功耗,大多数电源在空轻载时要进入打嗝模式,尽管打嗝模式下的典型频率一般都在20KHz 左右,但是其波群间的频率可能进入音频范围,如打嗝模式图3。

鉴于此,展芯微电子开发的次边反馈式产品将波群间频率控制小于1KHz ,有效降低音频噪声,如PR6863N 、PR6244等图3 打嗝模式在开关电源中,有些器件是产生音频噪声的来源,如陶瓷电容和变压器(电感)如图4。

基于开关电源的EMC设计

基于开关电源的EMC设计

基于开关电源的EMC设计开关电源因体积小、功率因数较大等优点,在通信、控制、计算机等领域应用广泛。

但由于会产生电磁干扰,其进一步的应用受到一定程度上的限制。

本文将分析开关电源电磁干扰的各种产生机理,并在其基础之上,提出开关电源的电磁兼容设计方法。

开关电源的电磁干扰分析开关电源的结构如图1所示。

首先将工频交流整流为直流,再逆变为高频,最后再经整流滤波电路输出,得到稳定的直流电压。

电路设计及布局不合理、机械振动、接地不良等都会形成内部电磁干扰。

同时,变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰,也是潜在的强干扰源。

图1 AC/DC开关电源基本框图1 内部干扰源● 开关电路开关电路主要由开关管和高频变压器组成。

开关管及其散热片与外壳和电源内部的引线间存在分布电容,它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲,频带较宽且谐波丰富。

开关管负载为高频变压器初级线圈,是感性负载。

当原来导通的开关管关断时,高频变压器的漏感产生了反电势E=-Ldi/dt,其值与集电极的电流变化率成正比,与漏感成正比,迭加在关断电压上,形成关断电压尖峰,从而形成传导干扰。

● 整流电路的整流二极管输出整流二极管截止时有一个反向电流,其恢复到零点的时间与结电容等因素有关。

它会在变压器漏感和其他分布参数的影响下产生很大的电流变化di/dt,产生较强的高频干扰,频率可达几十兆赫兹。

● 杂散参数由于工作在较高频率,开关电源中的低频元器件特性会发生变化,由此产生噪声。

在高频时,杂散参数对耦合通道的特性影响很大,而分布电容成为电磁干扰的通道。

2 外部干扰源外部干扰源可以分为电源干扰和雷电干扰,而电源干扰以“共模”和“差模”方式存在。

同时,由于交流电网直接连到整流桥和滤波电路上,在半个周期内,只有输入电压的峰值时间才有输入电流,导致电源的输入功率因数很低(大约为0.6)。

而且,该电流含有大量电流谐波分量,会对电网产生谐波“污染”。

开关电源的EMC设计产生电磁干扰有3个必要条件:干扰源、传输介质、敏感设备,EMC设计的目的就是破坏这3个条件中的一个。

芯片设计中的电源噪声与抑制策略

芯片设计中的电源噪声与抑制策略

芯片设计中的电源噪声与抑制策略在现代电子设备中,芯片设计起着关键的作用。

而电源噪声是芯片设计中的一个重要问题,它可能会对整个系统的性能和可靠性产生负面影响。

为了提高系统的稳定性和性能,采取有效的电源噪声抑制策略是至关重要的。

一、电源噪声的产生原因电源噪声是指电源中存在的高频噪声信号。

这些噪声信号可以来自于电源本身以及与电源相关的元器件,如稳压器、开关电源等。

电源噪声的主要产生原因包括以下几个方面。

1. 电源本身的噪声:电源的转换过程中会产生高频噪声信号。

这是由于电源内部元件的非线性特性导致电源输出中存在频率较高的谐波。

2. 元器件的噪声:芯片中的电容、电感以及接地等元件本身存在一定的内部噪声源。

这些噪声源主要来自于元器件的内部电流、磁场耦合以及元件间的干扰等。

3. 环境干扰:来自外界环境的干扰信号也可能通过电源线进入芯片中,形成电源噪声。

常见的环境干扰信号有电磁辐射、射频信号等。

二、电源噪声对芯片性能的影响电源噪声对芯片性能有着显著影响,主要表现在以下几个方面。

1. 时钟频率和稳定性:在时钟信号中存在电源噪声时,芯片的时钟频率可能会发生变化,从而影响到芯片的整体性能。

2. 信号完整性:电源噪声的存在会对芯片内部信号的完整性产生负面影响。

高频噪声信号可能会导致信号波形失真、抖动等现象,影响信号的传输和处理。

3. 敏感电路的性能:在一些对电源噪声敏感的电路中,如模拟电路和射频电路,电源噪声会对其性能产生显著的影响。

例如,电源噪声可能会引起模拟电路的增益变化、失真等问题。

三、电源噪声的抑制策略为了降低电源噪声对芯片性能的影响,针对电源噪声的抑制策略被广泛应用于芯片设计中。

1. 滤波器的应用:在芯片设计中,可以采用滤波器来抑制电源噪声。

常见的滤波器类型包括电感滤波器、电容滤波器等。

通过选择适当的滤波器参数以及滤波器的布局方式,可以有效地滤除高频噪声信号。

2. 电源分离和隔离:为了减少环境干扰对芯片电源线的影响,可以采取电源分离和隔离的策略。

开关电源的电磁干扰和射频干扰及电气安全标准

开关电源的电磁干扰和射频干扰及电气安全标准

开关电源的电磁干扰和射频干扰及电气安全标准一、电磁干扰和射频干扰(EMI-RFI)美国及国际标准化组织已对电磁干扰和射频干扰制定了若干标准,要求电子设备的生产厂商将其产品的辐射和传导干扰降低到可接受的程度。

在美国,权威的指导性文件是FCC Dock-et20780,在国际上,德国的Verband Deutscher Elek-tronotechniker(VDE)安全标准则得到了广泛的采用。

FCC和VDE两个标准,主要是针对最终产品提出的,而不是组装产品的部件,但使用开关电源的整机产品,必须符合EMI-RFI的有关条款,了解这一点是非常重要的。

正是因为如此,既便开关电源已经使用了一个输入滤波器,这个滤波器对无源负载电路是匹配的,但对有源动态电子电路供电时,其抑制干扰的能力会发生剧烈的变化。

本文试图引导大家了解一些RFI的难题,并给出减小这些干扰的措施,这无论对电源设计或最终产品的设计均是需要遵循的。

1.FCC和VDE标准关于噪声抑制的条款FCC和VDE两项标准对由交流供电且由高频数字电路构成的设备的RFI抑制均提出了相应要求。

VDE标准把它的条款分成二类:第一类是工作在0~10kHz 的设备产生的无意性高频干扰。

它们的标准号分别是VDE-0875和VDE-0879;第二类是用于要求那些使用10kHz以上频率的设备所产生的有意性高频干扰,它们的标准号是VDE-0871和VDE-0872。

与此不同的是,FCC则针对产生或使用定时脉冲信号大于10kHz的所有设备提出RFI限制的有关条款。

图1所示给出了FCC和VDE对RFI的各项要求。

注:IEC为国际电子技术委员会的英文缩写;CISPR为国际无线电干扰特别委员会的英文缩写;EEC为电子设备的英文缩写。

FCC对EMI-RFI的有关条款与VDE的有关条款十分接近,其CLASS A部分要求商业、贸易和工业环境的设备,其电磁干扰辐射应在几分贝/微伏,所有能达到VDE 0875/N或VDE-0871/A,C标准规定的设备,几乎都能达到FCC的这一要求。

如何使用电容来降低开关电源噪声

如何使用电容来降低开关电源噪声

如何使用电容来降低开关电源噪声开关电源输入用共模滤波器中包括电容器、电感、铁氧体磁珠和电阻等部件。

接下来将对其中使用电容和电感降噪的对策进行介绍,这也可以称为“噪声对策的基础”。

在这里使用简单的四元件模型。

如果要进一步表达高频谐振时,可能需要更多的元件模型。

电容的频率特性探讨利用电容器来降低噪声时,充分了解电容器的特性是非常重要的。

右下图为电容器的阻抗和频率之间的关系示意图,是电容器最基础的特性之一。

电容器中不仅存在电容量C,还存在电阻分量ESR(等效串联电阻)、电感分量ESL(等效串联电感)、与电容并联存在的EPR(等效并联电阻)。

EPR与电极间的绝缘电阻IR或电极间有漏电流的具有相同的意义。

可能一般多使用“IR”。

C和ESL形成串联谐振电路,电容器的阻抗原则上呈上图所示的V字型频率特性。

到谐振频率之前呈容性特性,阻抗下降。

谐振频率的阻抗取决于ESR。

过了谐振频率之后,阻抗特性变为感性,阻抗随着频率升高而升高。

感性阻抗特性取决于ESL。

谐振频率可通过以下公式计算。

从该公式可以看出,容值越小、ESL越低的电容器,谐振频率越高。

如果将其应用于噪声消除,则容值越小、ESL越低的电容器,频率越高,阻抗越低,因此可以很好地消除高频噪声。

虽然这里说明的顺序有些前后颠倒,不过使用电容器降低噪声的对策,是利用了电容器“交流通过时频率越高越容易通过”这个基本特性,将不需要的噪声(交流分量)经由信号、电源线旁路到GND等。

下图为不同容值的电容器的阻抗频率特性。

在容性区域,容值越大,阻抗越低。

另外,容值越小,谐振频率越高,在感性区域阻抗越低。

下面总结一下电容器阻抗的频率特性。

容值和ESL越小,谐振频率越高,高频区域的阻抗越低。

容值越大,容性区域的阻抗越低。

ESR越小,谐振频率的阻抗越低。

ESL越小,感性区域的阻抗越低。

简单来说,阻抗低的电容器具有出色的噪声消除能力,不同的电容器其阻抗的频率特性也不同,所以这一特性是非常重要的确认要点。

解析几种有效的开关电源电磁干扰的抑制措施

解析几种有效的开关电源电磁干扰的抑制措施

解析几种有效的开关电源电磁干扰的抑制措施本文先分析了开关电源产生电磁干扰的机理, ,就目前几种有效的开关电源电磁干扰措施进行了分析比较,并为开关电源电磁干扰的进一步研究提出参考建议。

目前,许多大学及科研单位都进行了开关电源EMI(Electromagnetic Interference)的研究,他们中有些从EMI产生的机理出发,有些从EMI 产生的影响出发,都提出了许多实用有价值的方案。

这里分析与比较了几种有效的方案,并为开关电源EMI 的抑制措施提出新的参考建议。

一、开关电源电磁干扰的产生机理开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。

现在按噪声干扰源来分别说明:1、二极管的反向恢复时间引起的干扰高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。

2、开关管工作时产生的谐波干扰功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。

例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。

当采用零电流、零电压开关时,这种谐波干扰将会很小。

另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。

3、交流输入回路产生的干扰无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。

开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。

这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。

4、其他原因元器件的寄生参数,开关电源的原理图设计不够完美,印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布置,具有很大的随意性,PCB的近场干扰大,并且印刷板上器件的安装、放置,以及方位的不合理都会造成EMI干扰。

开关电源的噪音及解决方法

开关电源的噪音及解决方法

开关电源具有线性电源无可比拟的许多优点:体积小,重量轻,效率高等等,但开关电源会产生电磁干扰,尤其是中大功率等级的开关电源干扰更为严重。

这是由于开关电源存在着整流谐波、开关频率和它的谐波以及在开关转换中所固有的高速电流和电压瞬变。

产生电磁干扰是开关电源本身的特点所决定的,是难以避免的,关键是如何采取有效的措施来减小其干扰程度。

通过对开关电源进行电磁兼容性测试得知,一般有以下四项指标不合格。

CE01100Hz~15KHz电源线传导发射。

CE0315KHz~50MHz电源线传导发射。

RE0125Hz~50KHz磁场辐射发射。

RE0214KHz~10GHz电场辐射发射。

2开关电源电磁干扰产生原因分析开关电源按主电路型式可分为全桥式,半桥式,推挽式等几种,但无论何种类型的开关电源在工作时都会产生很强的噪声。

它们通过电源线以共模或差模方式向外传导,同时还向周围空间辐射。

开关电源对由电网侵入的外部噪声也很敏感,并经它传递到其他电子设备中产生干扰。

图1是一种最简单的开关电源主电路型式,直流变换式它激单边型开关电源,以此为例分析开关电源的噪声来源。

交流电输入开关电源后,由桥式整流器V1~V4整理成直流电压Vi加在高频变压器的初级L1和开关管V5上。

开关管V5的基极输入一个几十到几百千赫的高频矩形波,其重复频率和占空比由输出直流电压VO的要求来确定。

被开关管放大了的脉冲电流由高频变压器耦合到次级回路。

高频变压器初次级匝数之比也是由输出直流电压VO的要求来确定的。

高频脉冲电流经二极管V6整流并经C2滤波后变成直流输出电压VO。

因此开关电源在以下几个环节都将产生噪声,形成电磁干扰。

(1)高频变压器初级L1、开关管V5和滤波电容C1构成的高频开关电流环路,可能会产生较大的空间辐射。

如果电容器滤波不足,则高频电流还会以差模方式传导到输入交流电源中去。

如图1中的I1 。

(2)高频变压器次级L2、整流二极管V6、滤波电容C2也构成高频开关电流环路会产生空间辐射。

开关电源地线噪声的解决方法

开关电源地线噪声的解决方法

开关电源地线噪声的解决方法1. 嘿,要解决开关电源地线噪声,首先得确保地线连接牢固呀!就好比建房子得把根基打牢一样。

你想想,要是地线松松垮垮的,那噪声能不大吗?就像腿软的人怎么能跑得快呢!比如检查一下地线的接线端子,拧紧螺丝,可别小看这一步哦。

2. 哎呀呀,合理布线也超级重要呢!这就跟整理房间似的,乱七八糟肯定不行。

把地线和其他线路分开布置,别让它们缠在一起打架,这样能大大减少噪声。

比如说电脑机箱里的各种线,梳理好了噪声不就小多啦。

3. 喂喂喂,滤波也不能忽视呀!可以加一些合适的滤波器,这就像是给电源戴上了一副降噪耳塞呢!比如在一些电子设备中,加个滤波器试试看,噪声可不就降低不少了嘛。

4. 嘿,你知道吗,采用屏蔽措施也很赞哦!可以给敏感的电路部分穿上一层“屏蔽衣”,把噪声挡在外面。

就像给小宝贝裹上温暖的小被子,保护得好好的。

好比在一些精密仪器中用屏蔽材料包裹,噪声就很难来捣乱啦。

5. 还有哦,选择质量好的开关电源也相当关键呀!这就好像挑选手表,质量好的肯定更靠谱呀。

别贪便宜买那些劣质的,不然噪声会让你抓狂的啦!就像有的山寨电源,噪声大得吓人。

6. 哇塞,对地线进行单点接地也是很有效的一招呢!就像所有的力量集中在一个点上爆发,噪声就不敢嚣张啦。

想想如果到处都是接地点,那不就乱套啦。

例如一些专业的电子设备就是采用单点接地,效果显著呢。

7. 最后呀,一定要多测试和调试呀!可不能马马虎虎哦。

这就跟调试收音机频道似的,得找到最合适的那个点。

多尝试几种方法,总会找到解决噪声的最佳方案。

就像解开一道难题,得不断尝试和探索呢。

我觉得呀,只要按照这些方法认真去做,开关电源地线噪声肯定能很好地解决!别再让噪声烦你啦,赶紧行动起来吧!。

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开关电源设计的噪声降低法
开关电源的特征就是产生强电磁噪声,若不加严格控制,将产生极大的干扰。

下面介绍的技术有助于降低开关电源噪声,能用于高灵敏度的模拟电路。

1 电路和器件的选择
一个关键点是保持dv/dt和di/dt在较低水平,有许多电路通过减小
dv/dt和/或di/dt来减小辐射,这也减轻了对开关管的压力,这些电路包括ZVS(零电压开关)、ZCS(零电流开关)、共振模式.(ZCS的一种)、SEPIC(单端初级电感转换器)、CK(一套磁结构,以其发明者命名)等。

减小开关时间并非一定就能引起效率的提高,因为磁性元件的RF振荡需要强损耗的缓冲,最终可以观察到不断减弱的回程。

使用软开关技术,虽然会稍微降低效率,但在节省成本和滤波/屏蔽所占用空间方面有更大的好处。

2 阻尼。

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