开关电源传导EMI预测探讨
开关电源电磁发射预测及改善技术

开关电源电磁发射预测及改善技术Prediction & Improve on EMI emissions of a SMPS报告人:和军平(报告人:和军平(Dr.) Nov 10, 2012he hejunping@junping@junping@hitsz hitsz .cn Shenzhen City电源网内容一. 开关电源面临的EMI问题二. 开关电源电磁干扰发射形成机理三. 开关电源电磁干扰发射的预测四. 开关电源电磁兼容抑制方法五. 结论随着人们对清洁环境、生活品质要求不断提高,全球主要国家对电气、电子产品电磁兼容性的要求日益严格!欧盟 美国 中国 加拿大辐射发射测试 传导发射测试全球新能源产品市场响应/成本压力!开发周期延长、体积增加、成本上升!一. 开关电源发展面临的EMI问题开关电源继续向高频化、高功率密度化、数字化、高效、低成本方向迅速发展!更高的工作频率、更高的dv/dt、di/dt,更强更强高频频谱高频频谱高频频谱!!更强的 EMI 源dBf1/pi*t on更近的距离,更强的电磁耦合,更加复杂电更加复杂电磁干扰形成和传播!磁干扰形成和传播! Telecom PSMagnetic field电磁兼容设计面临着新挑战!dt rAT传导测试测试SMPSLISNLGNEMI receiver50 Ohm50 Ohm 50uH50uH0.1uF0.1uFSMPS 80cmChamber辐射发射测试EMI receiver二. 开关电源电磁干扰发射形成机理2.2电磁干扰的形成和传播电磁干扰传播的机理主功率回路相同;;A: 沿着主电路、输入/输出线及其寄生参数传播,与主功率回路相同 B: 沿着杂散电磁耦合通道传播,隐蔽!C: 直接向周围空间辐射传播,复杂!无源器件的高频寄生参数ESL ESRC L ESREPC电阻器电容器电容器杂散电磁耦合参数heatsinkTransformerG D S高dv/dtdv/dt 导体earth V s杂散耦合参数传导干扰发射的形成和传播DMFlybackFlyback DM高dv/dt导体面积一定要尽可能小 CMFlybackFlyback CMtotal Flyback Flyback totalCM/DM分析也是分析其它拓扑结构电源的有效方法!S1 D1La D2D5Cd RdD3D4PFCInverter220μFL1 MR l o a dD10.47u F450u HInput cableOutput cableicm1icm2辐射干扰的形成和传播PFC3.1 传导干扰发射的预测时域仿真法1: Build high frequency model of components and the PCB;2: Extract parasitic parameters between the components and the PCB 3: Predict EMI emission with circuit simulator. 4: Compliance check and optimization of layoutBuild high frequency model of componentsExtract parasitic parameter of PCBModel Library SpecificationEMI Simulation三. 开关电源电磁干扰发射的预测A: High Frequency Model of Passive ElementsResistors Capacitors InductorspCRkLfdecdB/20−decdB/20+pRCπ21pkCLπ21ZESL ESRCfZf0 L ESREPCfZfactf0TransformersWiresZ Lpc 2/r 2/r 2/i L 2/i L 2/i L 2/i L 2/e L 2/e L 2/r 2/r 1r 2r 1c 2c 3c pR 2pR 2sl pL 2pL 2nHints: 1: Parasitic parameter generally is small, but it influence high frequency EMI greatly. 2: Although these parasitic parameter can be found in datasheet or by simple measure, they are difficult to predict in advance.3: For simple, we can use general parasitic parameter based on thousand times measurement of product-component.B: High Frequency Model of Active DevicessR GR DR gsC bsC dsI bdC gbC gd C DSR BR sGDSBgdb)(u f td u d Modeling of thecapacitive behaviourModeling of the stored chargeDiode model with reverse recovery proposed by Cliff L.Ma Macro-model of IGBT used in SPICE (<10MHz)For EMI prediction, active device model must be very accurate. Its should accurately simulate transient behavior during turn on or turn off. 1: physic model: too difficult2: macro model: not enough accurate, effective frequency band is limited.(<10MHz)Solve MaxwellequationsDetermine PUL(per unit length) capacitance, inductance, resistance and conductance matrices Build high frqeuency model of PCB based on MTL(multi-conductor transmission line) or PEEC(partial equivalent element circuit) theoryFEM (Finite Element Method) FDM (Finite Difference Method)C: Parasitic Parameter Extraction of the printed tracesD: Stray Parasitic Parameter Extraction among componentsD heatsinkLoadEarthE: Time domain simulation using Pspice, SABER software F: FFT analysis on simulation resultExample1:Exact simulation of conducted EMI in switched mode power suppliesPspiceWe can see simulation effect is good!1: It can be used as a prediction assess.2: It helps us to identify key factors.3: It can direct us to debug and design.4: It is time consumed & depends onexperience.Buck3.2 辐射发射的场路联合仿真预测Re f A-20-101020304050607080A 有源器件高频模型的建立IS=3.0956e-06RS=0.013858N=1.0246EG=0.69XTI=2 BV=35CJO=1.6007e-09VJ=0.46333M=0.55825FC=0.5TT=8.0e-09KF=4.417e-02.MODEL MM NMOS LEVEL=1 IS=1e-32+VTO=2.66432 LAMBDA=0.0048933KP=89.0396+CGSO=1.68868e-05 CGDO=1.33184e-06RS 8 3 0.01053462D1 3 1 MD.MODEL MD D IS=7.69994e-10RS=0.0402311 N=1.5 BV=30+IBV=0.00025 EG=1.06591 XTI=3.99512B. PEEC法提取主电路PCB高频参数C:激励源的仿真远场辐射预测-1i Mi DR e f A-20-101020304050607080Date: 1.JUL.2011 14:01:54仿真结果与实测对比f=60MHz 时辐射方向图输入 / 输出长线缆模型电源网305784111138165192219246273300-30-20-10010203040506070R e fA2 P KM A X H-20-101020304050607080远场辐射预测-2Nov, 10, 2012 Hejunping四.开关电源电磁干扰发射的抑制A: EMI滤波器:可靠、基础性办法LL EMI filter无源LC反射滤波或吸收滤波,可覆盖150kHz-1GHz 。
关于开关电源的EMI小谈

关于开关电源的EMI小谈
关于开关电源的的EMI
在开关电源中,EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显着的作用。
高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点,已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。
在开关电源应用于交流电网的场合,整流电路往往导致输入电流的断续,这除了大大降低输入功率因数外,还增加了大量高次谐波。
同时,开关电源中功率开关管的高速开关动作(从几十kHz到数MHz),形成了EMI(electromagnetic interference)骚扰源。
从已发表的开关电源论文可知,在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰,传导干扰还会注入电网,干扰接入电网的其他设备。
减少传导干扰的方法有很多,诸如合理铺设地线,采取星型铺地,避免环形地线,尽可能减少公共阻抗;设计合理的缓冲电路;减少电路杂散电容等。
除此之外,可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。
EMI干骚扰通常难以精确描述,滤波器的工业设计通常是通过反复迭代,计算制作以求逐步逼近设计要求。
1. 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。
(1)功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态,dv/dt和di/dt都在急剧变换,因此,功率开关管既是电场耦合的主要干扰源,也是磁场耦合的主要干扰源。
(2)的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换,因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源.
(3)的EMI来源集中体现在反向恢复特性上,反向恢复电流的断续点会在电。
开关电源产生电磁干扰(EMI)的原因

功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因。
开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量,另一方面也导致了更为严重的EMI问题。
开关电源工作时,其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的,因此,开关电源本身是一个噪声发生源。
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。
使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源,或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。
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交流输入电压经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压,经电容平滑后变为直流,但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。
由电流波形可知,电流中含有高次谐波。
大量电流谐波分量流入电网,造成对电网的谐波污染。
另外,由于电流是脉冲波,使电源输入功率因数降低。
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。
开关电源的EMI设计

图1:脉冲信号开关电源的EMI 设计摘要:本文从电路原理上分析了开关电源EMI 信号的特点及频率范围,并针对其传导发射和辐射发射提出一些抑制措施。
术语:开关电源,电磁干扰(EMI ),脉冲宽度调制(PWM )一. 前言由于开关电源在重量、体积、用铜用铁及能耗等方面都比线性电源有显著减少,而且对整机多项指标有良好影响,因此得到了广泛的应用。
近年来许多领域,如邮电通信、军用设备、交通设施、仪器仪表、工业设备、家用电器等都越来越多应用开关电源,取得了显著效益。
现在开关电源一般都采用了脉冲宽度调制(PWM )技术,其特点是:频率高、效益高、功率密度高、可靠性高。
然而,由于开关电源工作在通断状态,会有很多快速瞬变过程,它本身就是一种EMI 源,它产生的EMI 信号有很宽的频率范围,又有一定的幅度。
若把这种电源直接用于数字设备,则设备产生的EMI 信号会变得更加强烈和复杂。
以下便从开关电源的工作原理出发,探讨其传导干扰抑制的EMI 滤波器的设计以及辐射发射的抑制。
本文主要参考的实例是微机的开关电源,其输出功率较小,对于大电流大功率的通讯设备电源,本文也有一定的参考价值,但具体实施时一定要考虑到通讯设备电源大电流大功率的特点,在元件的选择上要注意其额定电流及高频特性。
二. 开关电源产生EMI 信号的特点数字设备中的逻辑关系是用脉冲信号来表示。
为便于分析,把这种脉冲信号适当简化,可以图1所示的等腰梯形脉冲串表示。
根据傅里叶级数展开的方法,可以下式计算出脉冲串信号所有各谐波的电平:n=1、2、3…A n 脉冲中第n 次谐波的电平V 0 脉冲的电平T 脉冲串的周期T w 脉冲宽度T r 脉冲的上升时间和下降时间开关电源具有各式各样的电路形式,但它们的核心部分都是一个高电压、大电流的受控脉冲信号源,这一点是共同的,为便于分析,也可把该脉冲信号源的波形简化为图1中的等腰梯形脉冲串,并用上式来算出它的各次谐波电平。
假定某PWM 开关电源脉冲信号的主要参数为: V 0=500V ,T =2×10-5S ,T w =10-5S ,T r =0.4×10-T T n TT n Sin T T n T T n Sin T T V A ww r r w n ππππ∙∙=026S,则其谐波电平如下图:电平(dBuV)16012080400.05 0.5 5 50 500 频率(MHz)图2:开关电源的谐波电平从EMI的观点来分析,图2中开关电源内脉冲信号产生的谐波电平,对于其它电子设备来说即是EMI信号。
反激式开关电源设计与传导EMI抑制研究(26页)

四、结论
1、反激式开关电源设计时需要考虑功率因数、效率、输出稳定性和电磁兼 容性等因素,根据客户需求进行合理设计。
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一、反激式开关电源设计
一、反激式开关电源设计
反激式开关电源是一种常见的直流-直流转换器,其通过控制开关管的通断 时间来稳定输出电压。在设计反激式开关电源时,需要考、功率因数和效率:为了降低能源消耗和热损耗,设计时需要提高功率因 数并优化效率。
一、反激式开关电源设计
三、实际案例分析
3、案例分析总结该反激式开关电源设计合理、性能稳定、效率高且具有良 好的电磁兼容性。通过多种传导EMI抑制技术的综合应用,有效地减小了EMI对周 围电路的影响。然而,由于空间限制和成本考虑,该电源在设计时未能采用屏蔽 技术,可能导致在特定环境中EMI性能的下降。
四、结论
四、结论
三、实际案例分析
2、传导EMI抑制为了减小EMI对周围电路的影响,该电源采用多种传导EMI抑 制技术。首先,采用滤波技术,在输入和输出端设置滤波器,滤除高次谐波和噪 声。其次,采用接地技术,将电路的某一点与大地相连,减小共地阻抗引起的 EMI。此外,还采用线路布局优化技术,优化电路板的布局和布线,减小环路面 积和电磁耦合。
二、传导EMI抑制
2、EMI抑制技术比较分析屏蔽技术和滤波技术是常见的EMI抑制方法。屏蔽 技术可以有效地隔离电磁干扰,但成本较高,可能影响设备的可维护性和可维修性 。滤波技术则主要针对高次谐波和噪声进行滤除,对EMI的抑制效果较好,但 可能 受限于体积和重量等因素。接地技术则适用于减小共地阻抗引起的EMI,但 需要注 意接地的设计和实施。线路布局优化是一种较为灵活的抑制方法,可以在一定程度 上减小EMI的影响,但需要专业的设计和经验。
开关电源EMI杂讯分析及抑制

遮罩
濾波
接地
遮罩
遮罩可以用來控制電場或磁場從空間的一個區域到另一個區域的傳播, 這是克服電場耦合干擾、磁場耦合干擾以及電磁輻射干擾的最有效手段。
遮罩的目的是利用導電材料或高 磁導率材料來減少磁場、電場或電 磁場的強度。
採用兩層遮罩技術,外層遮罩材料的磁 導率不是很高,但是其達到磁飽和的磁場 強度卻很高,內層遮罩材料採用高磁導率, 以充分吸收雜訊。 遮罩示意圖
電源正負 輸入線
開關電源的寄生電容Cp分佈
共模雜訊電流
共模雜訊電流 雜訊電流
開關電源的寄生電容Cp分佈
初級差模雜訊電流
在功率開關管Q1開 開關電源 關時,高頻脈衝的上 輸入直流變換 升和下降所引起的基 回路 波及諧波會沿著輸入 濾波電容Ci傳向輸入 供電端,這種沿著輸 入電源線正負端傳播 的雜訊電流稱之為初 級差模雜訊電流IDIFF
對於低頻地電流,小 電容阻抗很大,該方式 相當於並行單點接地;
對於高頻電流,該方 式相當於多點接板地。 混合接地方式
EMI濾波器
加裝EMI電源濾波器是抑制EMI雜訊最好的方法之一。 在電源輸入端加裝 EMI電源濾波器可以獲 得雙重效果: ① 抑制開關電源產生 的EMI干擾傳向電源端; ② 抑制來自電源端的 EMI雜訊對開關電源造 成的干擾。
開關電源EMI雜訊分析 及抑制
76081 張輝 劉興兵 李政
電源雜訊基本概念 雜訊分析 抑制措施
電源雜訊基本概念
電源雜訊
電源雜訊是電磁 干擾的一種,其傳 導雜訊的頻譜大致 為10kHz~30MHz, 最高可150MHz。
電源雜訊,特別是瞬態雜訊干擾,其上 升速度快、持續時間短、電壓振幅度高、 隨機性強,對微機和數位電路易產生嚴重 干擾。
开关电源EMI滤波器原理和设计研究

开关电源EMI滤波器原理和设计研究开关电源EMI滤波器是用来减少开关电源产生的电磁干扰(EMI)的一种装置。
EMI是指开关电源工作时产生的高频干扰信号,可能会对其他电子设备、无线通信和无线电接收产生干扰,影响它们的正常工作。
EMI滤波器通过合理设计,能有效地抑制开关电源产生的EMI信号,从而减少对其他设备的干扰。
EMI滤波器的原理是基于电流和电压的相位关系来实现的。
开关电源在工作时会产生高频电流脉冲,而这些电流脉冲会通过开关电源输入端的电容等元件,从而形成高频电流回路。
EMI滤波器通过给开关电源输入端加上一个电感元件,阻断高频电流回路的形成,从而减小EMI信号的辐射。
设计EMI滤波器时需要考虑以下几个因素:1.工作频率范围:EMI滤波器需要在开关电源产生EMI信号的频率范围内有效工作。
根据具体的应用环境和要求,选择合适的滤波器工作频率范围。
2.滤波特性:滤波器需要具有良好的滤波特性,对于较高频率的EMI信号能够有较好的抑制效果。
常用的滤波器类型有低通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
3.过渡区域:滤波器在过渡区域需要平衡阻抗和频率之间的变化。
过渡区域越宽,滤波器的性能越好。
过渡区域的宽度需要根据具体要求进行设计。
4.安全和可靠性:EMI滤波器需要满足安全和可靠性的要求。
在设计过程中,需要考虑电源参数范围、电流和电压的安全范围等因素,以确保滤波器的稳定性和可靠性。
设计EMI滤波器的方法有多种,可以根据需求选择不同的设计方法。
常见的方法包括线性滤波器设计、Pi型滤波器设计和C型滤波器设计等。
其中,Pi型滤波器是应用最广泛的一种,它由两个电感和一个电容组成,能够对高频信号进行抑制。
总之,开关电源EMI滤波器的原理和设计研究是为了降低开关电源产生的电磁干扰,保证其他设备的正常工作。
通过合理的滤波器设计和选择合适的滤波器类型,可以有效地减少EMI信号对其他设备的干扰,提高系统的抗干扰性能。
开关电源EMI滤波器原理和设计研究

开关电源EMI滤波器原理和设计研究开关电源EMI滤波器是用于抑制开关电源产生的电磁干扰(EMI)的一种电路。
开关电源工作时,因为开关元件的开闭引起的瞬态电流和电压变化,会在电源线上产生高频噪声干扰,通过电磁辐射和传导的方式传播到其他电路中,对其他设备和系统产生干扰。
EMI滤波器的设计旨在通过选择合适的滤波器拓扑结构、滤波器元件和参数,以及合理布局和连接方式,来有效地抑制开关电源产生的高频噪声。
EMI滤波器的原理是通过串联和并联等方式构成一个低通滤波器,将开关电源的高频噪声滤除,使其只能在设定的频率范围内传递,从而减少对其他设备和系统的干扰。
EMI滤波器的设计研究需考虑以下几个方面:1.滤波器拓扑结构选择:常见的EMI滤波器拓扑结构包括LC滤波器、RC滤波器和LCL滤波器等。
不同的拓扑结构适用于不同的滤波需求,需根据实际应用场景选择适合的拓扑结构。
2.滤波器元件选择:滤波器中的元件包括电感、电容和电阻等。
选择合适的元件需要考虑元件的频率响应特性、阻抗特性、容值和功率等参数。
3.滤波器参数优化:滤波器的参数优化可以通过频率响应曲线和阻抗匹配等方法进行,以确保滤波器在设计频率范围内能够有效地滤除高频噪声。
4.布局和连接方式设计:合理的布局和连接方式可以减少电磁辐射和传导的路径,从而进一步提高滤波器的性能。
此外,还需对滤波器进行实验验证,通过在实际电路中的应用来评估滤波器的性能和有效性。
总之,开关电源EMI滤波器的原理和设计研究是为了抑制开关电源的高频噪声干扰,需要对滤波器的拓扑结构、元件选择、参数优化以及布局和连接方式进行综合考虑和设计,以提高滤波器的性能和效果。
开关电源传导EMI预测方法研究

1 引 言
随着开 关频 率 的 提 高 以及 功 率 密 度 的 增 加 , 开 关 电源 内部 的 电磁 环 境越 来 越 复 杂 , 电磁 兼 其 容 问题成 为 电源 设 计 中的 一 大重 点 , 时也 成 为 同
电源设计 工 作 的 一 大难 点 。常规 设 计 方 法 中 , 依 靠 经验设 计 处 理 E MC 问 题 , 机 建 立 完 毕 之 后 样
EI TRI EC C DRI 2 1 Vo . 1 No 6 VE 01 14 .
电 气传 动 2 1 0 1年 第 4 1卷 第 6期
开关 电源 传 导 EMI 预测 方 法 研 究
臧 小 杰 , 祥 鹏 刘 ( 国 民航 大 学 航 空 自动 化 学 院 , 津 3 0 0 ) 中 天 0 3 0
( p rme t f Aeo a tc lAuo to Ci i Ava in Unv ri f C ia, a jn3 0 0 , h n De a t n r n u ia tma in, v l i to i est o h n Tin i 0 3 0 C ia) o y
要 明确其 产生 机理 以及 噪声 源 的各项 特性 。由于
功 率 开 关 管 的 高 速 开 关 动 作 , 电 压 和 电 流 变 化 其
率都 很高 , 上升 沿 和 下 降沿 包 含 了丰 富 的 高 次谐
波 , 以产 生 的 电磁 干扰 强度 大 ; 所 开关 电源 的 电磁 干扰 主要集 中在二 极 管 、 率 开 关 器 件 以 及 与其 功 相 连 的散热 器 和高 频 变 压 器 附 近 ; 由于 开关 管 的
开 关频 率从 几 十 k Hz到 几 M Hz 所 以 开 关 电 源 ,
开关电源产生EMI的原因分析及抗干扰对策

开关电源产生EMI的原因分析及抗干扰对策
开关式稳压电源的体积小、重量轻、效率高、稳压范围宽且安全可靠,在很多电子设备中被采用。
但是,它像其他电路一样同样存在一些问题,如控制电路复杂,较高的工作频率会对电视机、收音机等产生电磁辐射干扰使得收音机出现噪声、电视机出现噪波点,甚至还会通过反馈干扰其他电子设备的正常工作。
1.超音频振荡的干扰问题
开关式稳压电源的工作频率多为20-100kHz,属于超音频范围。
作为该电源的开关调整器件晶体管或场效应晶体管以相应的频率工作在导通与截止状态,振荡波形近似于方波(还存在过冲),根据傅里叶分析法可以进行分解,即得到直流分量、基波和高次谐波,基波的能量最大,其次是三次、五次、七次……等等。
2.无线电广播与电磁干扰的关系
众所周知,无线电广播是利用调制的方法来传播信息的。
音频信号对高频载被采用幅度调制(AM)和频率调制(FM)的方法,然后通过发射天线将调制波以电磁披的形式辐射出去,无线电接收设备是通过接收天线将它们接收下来s再经选频、变频、放大和解调,还原成为音频信号,最后通过低频功放,由扬声器放出声音。
如果只有高频载波而无音频范围的调制信号,那幺它的能量再大,无线电接收设备也不会通过扬声器还原出任何声音信息的。
由此可以想到,仅仅是超音频方披干扰的存在(超音频振荡的下限频率为15k!毡,已在人耳的可听范围之外),产生的高次谐波也不会成为我们通过收音机昕到音频范围的干扰信号,而实际上这种干扰有时却是很严重的,可能在整个中波、短波范围都出现强烈的噪声,那幺干扰来自哪里呢?开关式稳压电源存在。
开关电源如何解决EMI问题

开关电源以其轻、薄、小和高效率等特点广泛的应用于各类电气设备上,然而也带来了噪声干扰等危害。
在开关电源向更小体积、更高频率、更大功率密度方向发展的同时,其dv/dt,di/dt所带来的EMI噪声也将会更大。
在开关电源向高功率密度发展的同时,解决EMI问题的难度也在不断加大,做好电源内部的EMI设计尤其显得非常重要。
开关电源的主要干扰源集中在功率开关管、整流二极管、高频变压器、储能滤波电感等,其引发主要有五个典型路径,如下所示:1. 高di/dt回路产生差模辐射干扰。
2. 高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰。
3. 差模电流的传导耦合干扰。
4. 高频变压器及其寄生电容对共模噪声的耦合干扰。
5. 整流管反向浪涌电流引起的共模干扰。
1、高di/dt回路产生差模辐射干扰骚扰的路径为mos,变压器原边绕组到电解的环形回路。
在处理无金属外壳电源的辐射问题时,此骚扰路径显得尤为重要。
依据差模环天线的预测公式,在考虑地面反射的情况下;E = 2.6 I A* f *f /D(m V/m),I为骚扰电流,A为环天线的面积,f为骚扰电流频率。
由上式可见,减小环天线辐射的办法是:降低电路的工作频率;控制骚扰电流;减小电路的环路面积。
在实际常用措施中,对开关管加吸收是较有效的方法,当然,能在设计时尽量减小该路径下的回路面积才是最可取的。
2、高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰。
高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰是电源最主要的干扰源。
该节点通过寄生电容对地不断充放电,寄生电容就充当了这个共模通路中的驱动电流源的角色。
开关管正常工作需要散热,一般有两种散热方式:通过绝缘垫片贴散热器散热,或者通过绝缘垫片直接贴保护地散热。
从平时的经验来看,第二种散热方式的共模噪声明显强于第一种,所需的EMI滤波电路的衰减能力也更强。
如果开关管通过散热器散热,可以对散热器进行接地处理以减小对保护地的共模电流。
开关管通过绝缘垫贴于散热器上,与散热器之间形成寄生电容C1。
开关电源EMI噪声分析及抑制

开关电源EMI噪声分析及抑制开关电源是一种高效率的电源转换器,能将电能转换为不同电压、电流和频率的输出。
然而,由于其高频开关行为引起的电磁干扰(EMI)噪声,可能对其他电子设备和通信系统产生不良影响。
因此,EMI噪声的分析和抑制对于开关电源设计和应用至关重要。
EMI噪声源主要包括开关器件、开关电容和开关电感。
开关器件的开关动作会产生脉冲干扰,频率可达数MHz至数GHz。
开关电容和开关电感则会导致谐振效应,形成谐振峰,并产生共模和差分噪声。
为了对EMI噪声进行分析,通常需要进行频谱分析。
可以使用频谱分析仪来测量开关电源的频谱,并确定EMI噪声的频率范围和幅度。
根据测量结果,可以采取相应的措施来抑制EMI噪声。
首先,选择合适的滤波器。
在开关电源的输入端和输出端都可以加入滤波器,以滤除高频噪声。
常用的滤波器包括电源型滤波器、陷波滤波器和共模滤波器等。
电源型滤波器通常采用电容和电感组成,并将高频噪声短路至地。
陷波滤波器则能够抑制特定频率的噪声,而共模滤波器则能滤除共模噪声。
其次,可以采取屏蔽措施。
通过将敏感部件(例如传感器和高速信号线)包裹在屏蔽层中,可以阻挡电磁辐射对其的干扰。
屏蔽可以采用金属盒、铜箔和铁氧体等材料实现。
此外,还可以采用良好的地线布局和绝缘层来提高屏蔽效果。
此外,优化PCB设计也是抑制EMI噪声的重要手段。
首先,在布局设计时,应尽量减小回路面积和环路面积,以降低信号线的长度和电流回路的大小。
其次,应使用短而宽的连线,以减小线路的电感和电阻。
而在布线设计时,则需要注意信号线和电源线的分离,避免共模干扰。
此外,由于高频信号对连线的特殊要求,可以采用扇形隔离和差分传输等技术来提高电路的抗干扰能力。
最后,还可以通过使用低EMI噪声的开关元件、降低开关频率和斩波频率来抑制EMI噪声。
开关元件的选择应具备低开关电流和低开关损耗的特性,以减小开关动作带来的噪声。
而降低开关频率和斩波频率则是通过改变控制电路来实现的,可以减小时域和频域上的噪声。
电源中emi产生的原理

电源中emi产生的原理
电源中电磁干扰(EMI)产生的原理可以归结为以下几个方面:
1. 开关元件的开关过程:在切换开关电源中的开关元件(如MOSFET、IGBT等)时,会产生高频电流和电压的开关过程。
这种高频开关产生的瞬态电流和电压变化会引起电磁辐射,并产生电磁波导致EMI。
2. 整流过程:开关电源的输入端通常包括整流电路,用于将交流电转换成直流电。
整流过程会产生短脉冲的电流和电压变化,这些变化同样会引起电磁辐射并产生电磁波。
3. 变压器和电感器:在开关电源中,变压器和电感器用于实现电压和电流的转换。
这些元件在工作过程中会产生磁场,当磁场发生变化时,会在周围产生电磁波,并引起EMI。
4. 共模和差模噪音:在电源的接地线和电源线之间存在共模噪音和差模噪音。
共模噪音是指电源线和接地线上同时出现的噪音,而差模噪音是指电源线和接地线之间的差分噪音。
这些噪音可以通过电源线辐射出去,形成EMI。
为了减少电源中的EMI产生,可以采取以下措施:
1. 使用滤波器:在电源输入端和输出端加入滤波器,可以有效地减少高频噪音
的传输,并降低EMI。
2. 选择合适的元件:选择低EMI的开关元件、变压器和电感器等元件,以减少EMI的产生。
3. 确保良好的接地:良好的接地可以有效地屏蔽EMI,并减少共模和差模噪音的传输。
4. 使用屏蔽材料:在设计电源时,可以使用屏蔽材料覆盖电路板或部分电源元件,以防止EMI的辐射和传播。
总之,电源中的EMI产生是由于开关元件的开关过程、整流过程、变压器和电感器的工作以及共模和差模噪音引起的。
通过合适的措施和材料选择,可以有效地减少EMI的产生。
开关电源的EMI整改经验处理对策

开关电源的EMI处理经验对策小结王旭飞 2013/6/28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。
对于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;2.RCD缓冲电路采用1N4007慢管;3.VCC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;8.PCB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。
开关电源的传导EMI分析与抑制

在 MOSFET 交流电压分量单独作用下,副边电流源开路,由于副边流过电
流为零,所以原边电流也为零,在此变压器就不起作用了,只有励磁电感 Lm, 将上述电路图简化其等效电路图为:
在 MOSFET 单独作用下,其差模成分路径为:
其中,差模成分分两条支路,一条如红色所示,另一条如蓝色所示。在此等 效电路中,滤波电容 CB 一条支路给差模成分提供了路径,可以知道如果减小滤 波电容 CB 的阻抗, 则对差模成分分流更多, 在电阻 R1 和 R2 形成的电压会更小, 仪器检测幅值更低,一般我们都选取等效串联阻抗较小的滤波电容。另一条支路 中有激磁电感 Lm,单从差模成分的抑制方面考虑,增加激磁电感 Lm 的值可以
开关电源中的传导 EMI 分析与抑制
一、开关电源传导 EMI 产生的根源
1、测试传导 EMI 的线路图
LISN— Line Impedance Stabilization Network 源阻抗稳定网络(人工电源网络) 。 LISN 是电力系统中电磁兼容中的一项重要辅助设备。它可以隔离电网干扰,提 供稳定的测试阻抗,并起到滤波的作用。 LISN 是在进行传导干扰发射测试中,为了客观地考核受试设备(DUT)的 干扰,在电网与受试设备之间加入的网络。该网络具有以下功能: 1、在规定的频率范围内提供一个规定的稳定的线路阻抗。由于电网受各种 因素影响,使其线路阻抗不稳定。可是,在传导干扰的测量中,阻抗是非常重要 的。为了用电压法在进行传导发射电压的测量中能有一个统一的测试条件,而人 为的拟制一个稳定的线路阻抗。一般在射频段提供 50Ω网络阻抗。 2、 LISN 将电网与受试设备进行隔离。 供给 DUT 的电源必须是纯净的。 否则,电网将会向 DUT 注入干扰,EUT 也 会向电网馈入干扰,这就会在 EMC 分析仪上搞不清哪些是 EUT 上的干扰。所以,只有将二者隔离,测量结果才是 有效的。
开关电源的共模干扰抑制技术,开关电源共模电磁干扰(EMI)对策详解

开关电源的共模干扰抑制技术|开关电源共模电磁干扰(EMI)对策详解0 引言由于MOSFET及IGBT和软开关技术在电力电子电路中的广泛应用,使得功率变换器的开关频率越来越高,结构更加紧凑,但亦带来许多问题,如寄生元件产生的影响加剧,电磁辐射加剧等,所以EMI问题是目前电力电子界关注的主要问题之一。
传导是电力电子装置中干扰传播的重要途径。
差模干扰和共模干扰是主要的传导干扰形态。
多数情况下,功率变换器的传导干扰以共模干扰为主。
本文介绍了一种基于补偿原理的无源共模干扰抑制技术,并成功地应用于多种功率变换器拓扑中。
理论和实验结果都证明了,它能有效地减小电路中的高频传导共模干扰。
这一方案的优越性在于,它无需额外的控制电路和辅助电源,不依赖于电源变换器其他部分的运行情况,结构简单、紧凑。
1 补偿原理共模噪声与差模噪声产生的内部机制有所不同:差模噪声主要由开关变换器的脉动电流引起;共模噪声则主要由较高的d/d与杂散参数间相互作用而产生的高频振荡引起。
如图1所示。
共模电流包含连线到接地面的位移电流,同时,由于开关器件端子上的d/d是最大的,所以开关器件与散热片之间的杂散电容也将产生共模电流。
图2给出了这种新型共模噪声抑制电路所依据的本质概念。
开关器件的d/d通过外壳和散热片之间的寄生电容对地形成噪声电流。
抑制电路通过检测器件的d/d,并把它反相,然后加到一个补偿电容上面,从而形成补偿电流对噪声电流的抵消。
即补偿电流与噪声电流等幅但相位相差180°,并且也流入接地层。
根据基尔霍夫电流定律,这两股电流在接地点汇流为零,于是50Ω的阻抗平衡网络(LISN)电阻(接测量接收机的BNC端口)上的共模噪声电压被大大减弱了。
图1 CM及DM噪声电流的耦合路径示意图图2 提出的共模噪声消除方法2 基于补偿原理的共模干扰抑制技术在开关电源中的应用本文以单端反激电路为例,介绍基于补偿原理的共模干扰抑制技术在功率变换器中的应用。
开关电源传导emi分析及抑制方法研究

第19卷第4期南京师范大学学报(工程技术版)2019年12月JOURNAL OF NANJIAG NORMAL UNIAERSCY(ENGIAEERIAG AND TECHNOLOGY EDCIAN)Vol.19No.4 Dec#2019doi:10N969/jBmnN672-1292.2019.04.012开关电源传导EMI分析及抑制方法研究陈宝祥1,祝志博2,黄俊硕2,王永安2(1.江苏省医疗器械检验所,江苏南京210012)(2.南京师范大学江苏省电气装备电磁兼容工程实验室,江苏南京210023)[摘要]以开关电源中的CRM Boost PFC变换器为研究对象,研究了CRM下整流桥产生的电压变化率,阐述了交流电正负半周的差模、共模传导噪声的产生机理,分析了由于驱动电压过冲导致的传导电磁干扰问题,通过建立等效电路,提出了在整流桥电路加差模电容的电磁干扰抑制方法,该方法可有效降低传导电磁骚扰,为工程提供了实用的技术方案.[关键词]开关电源,CRM Boost PFC变换器,传导电磁干扰,传导噪声抑制[中图分类号]TM933[文献标志码]A[文章编号]1672-1292(2019)04-0070-05Research on Power Conducten EMI Analysis and Suppression Methods Chen Baoxiang1,Zhu Zhibo2,Huang Junshuo2,Wang Yongan2(1.Jiangsu Medical Device Inspection Institute,Nanjing210012,China)(2.Jiangsu Engineeang Laboratoa of Electrical Equipment Electromaanetic Compatibility,Nanjing Normal University,Nanjing210023,China)Abstract:In this paper,the CRM(Critical Conduction Mode)Boost PFC converter in power supply is taken as the research object,the veltaae change rates of rectifier bridge under CRM are studied,the generation mechanism of dineren-tial mode and common mode conducted noise in positive and negative halt cycle of AC is expounded,and the conducted eeeceoomagneeicineeoteoencecauNed bydoivingvoeeageoveohooeianaeyzed.ByeNeabeihingequivaeeneciocuie,ameehod of EMI suppression with capacitor in rectifier bridge circuit is proposed.This method can eXectively reduce the conducted EMIand poovid<apoaceicaeechnicaesch<m<too<ngin<<oingappeicaeion.Key words:power supply,CRM Boost PFC converter,conducted EMI noise,conducted noise suppression当开关电源中变换器工作时,由于开关工作频率高,会产生快速变化的瞬态电流和瞬态电压,从而引起严重的电磁干扰,这些电磁干扰会严重影响开关电源的安全运行[T•我国制定了相关标准,限制功率变换器的谐波电流和功率因数,为降低变换器的电磁干扰对其他设备的影响,相关科研人员开始了对功率因数校正(Powar Factar Correction,PFC)技术的研究[5_S'.Boost PFC变换器的临界连续模式(CRM模式)是一种过渡模式,这种工作模式具有很多优点,电感量 小且输入的功率因数高,电感电流的峰值以及有效值介于连续和不连续两种模式之间,且CRM型功率变换器成本低,因此受到了很多厂商的青睐,从而得到了广泛的应用.Boost PFC变换器工作时,输入电压或者负载发生变化时,开关频率也会变化,这给电磁抗干扰以及电感的设计带来了一定的困难[7_9].传导电磁干扰通过线路传播,噪声类型包括共模噪声和差模噪声•前者在开关电源线和地之间传播,后者在开关电源线和开关电源线之间传播•本文所研究的功率变换器的开关频率基于传导骚扰的测试频率,差模电磁干扰由输入电感电流引起,共模电磁干扰主要由Boost PFC电路中的寄生参数引起[10_12]•本文研究了PFC变换器传导EMI机理与传导EMI噪声抑制方法,可以有效地降低传导电磁干扰.1CRM Boost PFC电路工作原理Boost PFC是常见的有源PFC之一,如图1所示,么为电感,C s为滤波电容•该电路是一种结构简单收稿日期:2019-09-10.通讯联系人:祝志博,博士,研究方向:电磁兼容技术与应用.E-mail:1822628862@qq.Jom—70—陈宝祥,等:开关电源传导EMI 分析及抑制方法研究且成本低廉的电路,除线性AC-DC 转换器之外所需的额外组件是开关(通常是FET )、二极管和电感 •输出电压存 的现象,为了方便对PFC 电路进行分析,假设元理想型输 电 作是恒定不变的, 频率关频率..n 是交流电压的有效值,经过变换,输出电压.n 为%=槡.n I Sn (&) I. ( 1)式中,& = 2#Unf : 频率,九na 为输入电压频率&在临界连续模式下,功率因数校正变换器中电感的电流变化,在周期内是线性变化的,如图2所示&图1升压电路电路图Fig. 1 Circcit diagram of boost circhit 图2电感电流波形图(一个周期)Fig. 2 Indrctancr cuiuedt wavefoun ! one cycle )图3(a )为简化电路,P 为开关管,F 为二极管,在L n 内,P 导通,F 截止,得电感电流的变化率,d!L 槡U ip I sin ( &)d "L s L s (2)(a)瞌时间内工作状态电路图A % 二A %二 C U Vi B D,______A ( Y Y Y ~~A A ---------------Me A二 Cu°V v (b) 7;”时间内工作状态电路图图3 一个开关周期内工作状态图Fig. 3 Working state diagram of a swihhing cycle如图3( b )所示,在L w 时间内,P 关闭,F 导通,电感电流的变化率为d L L槡.”.垠1_〃。
开关电源的电磁干扰防制技术——传导篇

1 前言电源产品在做验证时,经常会遭遇到电磁干扰(EMI)的问题,有时处理起来需花费非常多的时间,许多工程师在对策电磁干扰时也是经验重于理论,知道哪个频段要对策那些组件,但对于理论上的分析却很欠缺。
笔者从事开关电源设计多年,希望能藉由之前对策的经验与相关理论基础做个整理,让目前正从事或未来想从事开关电源设计的人员对电磁干扰防制技术能有初步的认识。
开关电源的电磁干扰测试可分为传导测试与辐射测试,一般开关电源的传导测试频段是指150K~30MHz之间,而辐射干扰的频段是指30M~300MHz,300MHz之后的频段一般皆不是电源所产生,因此大都可以给予忽略。
下面内容章节包括开关电源的传导测试法规,测试与量测方式,基本概念,抑制传导干扰的滤波器设计,布线与变压器设计等章节。
2 传导测试的法规传导的法规因产品别的不同,其所适用之条文亦不同,一般是使用欧洲的EN-55022或是美国的FCC part15来定义其限制线,又可以区分为CLASS A与CLASS B两种标准,CLASS A为产品在商业与工业区域使用,CLASS B为产品在住宅及家庭区域使用,笔者所设计的产品为3C的家用电源,传导测试频段为150K~30MHz,在产品测试前请先确认申请的安规为何,不同的安规与等级会有不同的标准线。
图1举例为EN-55022CLASS B的限制线图,红色线为准峰值(QP, Quasi-peak)的限制线,粉红色为平均值(AV, Average)的限制线,传导测试最终的目地,就是测试的机台可以完全的低于其限制线,不论是QP值或AV值;一般在申请安规时,虽然只有在限制线下方即可申请,但多数都会做到低于2dB的误差以预防测试场地不同所导致的差异,而客户端有时会要求必需低于4~6dB来预防产品大量生产后所产生的误差。
图1图2图2为一量测后的例子,一般量测时都会先用峰值量测,因峰值量测是最简单且快速的方法,量测仪器以9KHz为一单位,在150K~30MHz之间用保持最大值(maximum hold)的方式来得到传导的峰值读值,用此来确认电源的最大峰值然后再依此去抓最高峰值的实际QP,AV值来减少扫描时间,图2的蓝色曲线为准峰值的峰值量测结果,一般在峰值量测完后会再对较高的6个频率点做准峰值(QP)与平均值(AV)的量测,就如同图2所标示。
开关电源共模EMI抑制技术研究的开题报告

开关电源共模EMI抑制技术研究的开题报告题目:开关电源共模EMI抑制技术研究研究背景和意义:随着电力电子技术的快速发展,开关电源已广泛应用于各个领域,成为电子系统中最常见的电源形式之一。
但是,在实际应用中,开关电源所产生的电磁干扰(EMI)问题越来越突出,尤其是共模EMI问题。
共模EMI指的是开关电源在工作时,产生的干扰以共模模式形式出现在设备的地线和电源线上,造成额外的干扰噪声,甚至可能导致设备故障或者性能下降。
因此,如何有效抑制开关电源产生的共模EMI问题,提高电子系统的抗干扰性能,已成为电力电子领域的研究热点之一。
本课题旨在通过研究开关电源共模EMI抑制技术,找到有效的抑制方法,提高开关电源的电磁兼容性,以推动电力电子技术的进一步发展。
研究内容和方法:本课题将研究开关电源共模EMI抑制技术,主要内容包括:1. 基础理论:介绍开关电源共模干扰产生的原因和机理,深入剖析共模EMI的传导机制和特点。
2. 抑制方法:综述当前常见的开关电源共模EMI抑制方法,包括滤波、屏蔽、地线布局、开关管控制等技术,并归纳总结各种方法的优缺点。
3. 抑制效果评估:采用实验方法,测试不同抑制技术对开关电源共模EMI的抑制效果,定量评估各种抑制方法的效果,并比较不同抑制技术的优劣。
4. 系统集成:将不同的抑制方法进行融合,研究系统级的共模EMI抑制方案,提高整个电子系统的EMC性能。
本课题的研究方法主要包括理论分析、实验研究和系统仿真,通过综合运用这些方法,深入研究开关电源共模EMI抑制技术,找到有效的解决方案。
拟解决的问题和预期成果:1. 分析开关电源共模EMI的产生机理和特点,深入理解共模干扰的传播途径。
2. 综述当前开关电源共模EMI抑制方法,分析各种方法的优缺点。
3. 通过实验验证各种抑制方法的效果,并对不同抑制技术进行比较与评估。
4. 提出系统级的共模EMI抑制方案,为提高整个电子系统的EMC性能提供参考。
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开关电源传导EMI预测探讨
针对开关电源设计阶段应考虑的EMC 问题,介绍了PCB 及其结构寄生参数提取和频域仿真的方法,在开关电源设计阶段对其传导EMI 进行预测,定位开关电源传导EMI 传播路径的影响因素,在此基础上给出开关电源PCB 及其结构设计的基本原则。
对开关电源EMI 预测过程中需要注意的问题以及降低开关电源传导EMI 的方法策略进行了分析和总结。
1引言
传统的EMC 的补救办法只能增加额外的元器件,而增加元件有可能影响原始的控制环带宽,造成重新设计整个系统的最坏情况,增加了设计成本。
为了避免出现这样的情况,需要在设计过程中考虑EMC 的问题,对开关电源的EMI 进行一定精度的分析和预测,并根据干扰产生的机理及其在各频带的分布情况改进设计,降低EMI 水平,从而降低设计成本。
2开关电源EMI 特点及分类
对开关电源传导电磁干扰进行预测,首先需要明确其产生机理以及噪声源的各项特性。
由于功率开关管的高速开关动作,其电压和电流变化率都很高,上升沿和下降沿包含了丰富的高次谐波,所以产生的电磁干扰强度大;开关电源的电磁干扰主要集中在二极管、功率开关器件以及与其相连的散热器和高频变压器附近;由于开关管的开关频率从几十kHz 到几MHz,所以开关电源的干扰
形式主要是传导干扰和近场干扰。
其中,传导干扰会通过噪声传播路径注入电网,干扰接入电网的其他设备。
开关电源传导干扰分为2 大类。
1)差模(DM)干扰。
DM 噪声主要由di/dt 引起,通过寄生电感,电阻在火线和零线之间的回路中传播,在两根线之间产生电流Idm,不与地线构成回。