开关电源高频电磁波干扰解析-EMI

合集下载

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。

教你如何通俗理解开关电源EMI

教你如何通俗理解开关电源EMI
我们把同等有效值,同等频率的各种波形做快速傅立叶分析:
蓝色: 正弦波
绿色: 三角波
红色: 方波
可以看到,正弦波只有基波分量,但是三角波和方波含有高次谐波,谐波最大的是方波。
也就是说如果电流或者电压波形,是非正弦波的信号,都能分解出高次谐波。
那么如果同样的方波,但是上升下降时间不同,会怎样呢。
2.切断传播途径
3.增强抵抗力,这个就是所谓的Eபைடு நூலகம்C(电磁兼容)
解释以下名词:
传导干扰:也就是噪音通过导线传递的方式。
辐射干扰:也就是噪音通过空间辐射的方式传递。
差模干扰:由于电路中的自身电势差,电流所产成的干扰,比如火线和零线,正极和负极。
共模干扰:由于电路和大地之间的电势差,电流所产生的干扰。
6.采用反向恢复好的二极管,二极管的反向恢复电流,不但会带来高di/dt.还会和漏感等寄生电感共同造成高的dv/dt.
但事实上,开关电源是EMI发射源无法根本解决。而且一些从源头抑制EMI的方法同时会降低效率,所以从传播途径来抑制EMI显得尤为重要。
下面来看一下传播途径,这个是poon & Pong 两位教授总结的传播途径,比较的直观全面 。
所以在测试干扰的时候,需要测试各种频率下的噪音强度。
那么在开关电源中,这些噪音的来源是什么呢?
开关电源中,由于开关器件在周期性的开合,所以,电路中的电流和电压也是周期性的在变化。那么那些变化的电流和电压,就是噪音的真正源头。那么有人可能会问,我的开关频率是100KHz的,但是为什么测试出来的噪音,从几百K到几百M都有呢?
3.适当降低开关速度,降低开关速度,可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。对高频段的EMI有好处。

开关电源产生电磁干扰的原因

开关电源产生电磁干扰的原因

开关电源产生电磁干扰的原因
电磁干扰(EMI,Electromagneticlnterference)是一种电子系统或分系统受非预期的电磁扰动造成的性能损害。

它由三个基本要素组成:干扰源,即产生电磁干扰能量的设备;藕合途径,即传输电磁干扰的通路或媒介;敏感设备,即受电磁干扰而被损害的器件、设备、分系统或系统。

基于此,掌握电磁干扰的基本措施就是:抑制干扰源、切断祸合途径及降低敏感设备对干扰的响应或增加电磁敏感性电平。

依据开关电源工作原理知:开关电源首先将工频沟通电整流为直流电,再逆变为高频沟通电,最终经过整流滤波输出,得到稳定的直流电压。

在电路中,功率三极管、二极管主要工作在开关管状态,且工作在微秒量级;三极管、二极管在开一闭翻转过程中,在上升、下降时间内电流变化大、易产生射频能量,形成干扰源。

同时,由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰,也会形成潜在的电磁干扰。

开关电源通常工作在高频状态,频率在02 kHz以上,因而其分布电容不行忽视。

一方面散热片与开关管的集电极间的绝缘片,由于其接触面积较大,绝缘片较薄,因此,两者间的分布电容在高频时不能忽视,高频电流会通过分布电容流到散热片上,再流到机壳地,产生共模千扰;另一方面脉冲变压器的初次级之间存在着分布电容,可将初级绕组电压直接祸合到次级绕组上,在次级绕组作直流输出的两条电源线上产生共模干扰。

因此,开关电源中的干扰源主要集中在电压、电流变化大,如开关管、二极管、高频变压器等元件,以及沟通输人、整流输出电路部分。

开关电源产生电磁干扰(EMI)的原因

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。

为什么开关电源有EMI电磁干扰?

为什么开关电源有EMI电磁干扰?

为什么开关电源有EMI电磁干扰?
电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。

所谓电磁干扰是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。

而所谓电磁干扰是指因电磁干扰而引起的设备或系统的性能下降。

 EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部份,所谓EMI电磁干扰,乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声;而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

本文首先介绍了EMC的分类及标准,其次阐述了开关电源EMC干扰产生的原因,最后介绍了开关电源EMC过不了的主要原因,具体的一起来了解一下。

 EMC的分类及标准
 EMC(ElectromagneTIc CompaTIbility)是电磁兼容,它包括EMI(电磁骚扰)和EMS(电磁抗骚扰)。

EMC定义为:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何设备的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

EMC整的称呼为电磁兼容。

EMP是指电磁脉冲。

 EMC = EMI + EMS EMI :电磁干扰EMS :电磁相容性(免疫力)
 EMI可分为传导ConducTIon及辐射RadiaTIon两部分,Conduction规范一。

开关电源EMI整改经验总结

开关电源EMI整改经验总结

开关电源EMI整改中,关于不同频段干扰原因及抑制办法:一、1MHZ以内----以差模干扰为主(整改建议)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)。

二、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,(整改建议)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。

三、5M---以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法。

(整改建议)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。

四、对于20--30MHZ,(整改建议)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。

五、30---50MHZ 普遍是MOS管高速开通关断引起(整改建议)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。

开关电源电磁干扰分析与抗干扰措施

开关电源电磁干扰分析与抗干扰措施

开关电源电磁干扰分析与抗干扰措施开关电源因体积小、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。

为什么开关电源会产生emi_有什么抑制方法

为什么开关电源会产生emi_有什么抑制方法

为什么开关电源会产生emi_有什么抑制方法与传统的线性稳压电源相比,开关电源不需要沉重的电源变压器,具有体积小、重量轻、效率高、待机功耗低、稳压范围宽等特点,广泛用于空间技术、雷达、计算机及外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域。

然而,开关电源自身产生的各种电磁骚扰占有很宽的频带和较强的幅度,如果控制不当会通过传导和辐射对周围设备产生电磁干扰,污染电磁环境,成为一个很强的电磁干扰源。

这些干扰随着开关频率的提高、输出功率的增大而明显地增强,对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁。

如何抑制开关电源的电磁骚扰,以提高相应电子产品的质量,使之符合有关电磁兼容标准的要求,已成为抛开沉重的线性电源换用轻便的开关电源的产品设计者们面对的首要问题开关电源是一种应用功率半导体器件并综合电力变换技术、电子电磁技术、自动控制技术等的电力电子产品。

因其具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、工作稳定、安全可靠以及稳压范围宽等优点,而被广泛应用于计算机、通信、电子仪器、工业自动控制、国防及家用电器等领域。

但是开关电源瞬态响应较差、易产生电磁干扰,且EMI信号占有很宽的频率范围,并具有一定的幅度。

这些EMI信号经过传导和辐射方式污染电磁环境,对通信设备和电子仪器造成干扰,因而在一定程度上限制了开关电源的使用。

开关电源的干扰源分析开关电源产生电磁干扰最根本的原因,就是其在工作过程中产生的高di/dt和高dv/dt,它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。

工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。

开关电源中的电压电流波形大多为接近矩形的周期波,比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。

对于矩形波,周期的倒数决定了波形的基波频率;两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数决定了这些边缘引起的频率分量的频率值,典型的值在MHz范围,而它的谐波频率就更高了。

这些高频信号都对开关电源基本信号,尤其是控制电路的信号造成干扰。

开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法(最终版)

开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法(最终版)

开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法(最终版)第一篇:开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法(最终版)开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法开关电源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。

20-30MHZ1.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PCBLAYOUT;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BEADCORE;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BEADCORE;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。

开关电源电磁干扰(EMI)整改汇总要点

开关电源电磁干扰(EMI)整改汇总要点

开关电源电磁干扰(EMI整改汇总开关电源类产品的频率大概分四段:150K-400K-4M-20M-30M,这样分的好处是找问题迅速,一般前一段的主要问题在于滤波元器件上。

小功率开关电源用一个合适的X电容和一个共模电感可消除,从增加的元件对测试结果来看,一般电感对AV值有效,电容对QP值有效。

当然,这只是一般规律。

电容越大,滤除的频率越低。

电感越大(适可而止),滤除的频率越高。

400K-4M这一段主要是开关管,变压器等的干扰。

可以在管与散热片之间加屏蔽层(云母片),或者在引脚上套磁珠。

吸收电路上套磁珠有时也很有效。

变压器初次级之间的Y电容也是不容忽视的。

次级对初级高压端合适还是低压端有时候对这段频率影响很大。

除此之外,调整滤波器也可以抑制其骚扰。

4M-20M这段主要是变压器等高频干扰,在没有找到根源前,大概通过调整滤波,接地,加磁珠等手段解除,有时也可能是输出端的问题。

20M以后主要针对齐纳二级管,输出端电源输入端整改。

一般是用到磁珠,接地等。

值得注意的是,滤波器件因该远离变压器,散热器,否则容易耦合。

镇流器整改原理和开关电源类似,但是前部分超标并非调整滤波器件就都可以解除,最有效的办法是Y电容金属外壳,外壳再连接地线。

磁珠对高频抑制效果不错。

根据IEC 60384-14,电容器分为X电容及Y电容,1. X电容是指跨于L-N之间的电容器,2. Y电容是指跨于L-G/N-G之间的电容器。

(L="Line", N="Neutral", G="Ground"X电容底下又分为X1, X2, X3,主要差別在于:1. X1耐高压大于2.5 kV, 小于等于4 kV,2. X2耐高压小于等于2.5 kV,3. X3耐高压小于等于1.2 kVY电容底下又分为Y1, Y2, Y3,Y4, 主要差別在于:1. Y1耐高压大于8 kV,2. Y2耐高压大于5 kV,3. Y3耐高压 n/a4. Y4耐高压大于2.5 kVX,Y电容都是安规电容,火线零线间的是X电容,火线与地间的是Y电容.它们用在电源滤波器里,起到电源滤波作用,分别对共模,差模工扰起滤波作用.作为工作于开关状态的能量转换装置,开关电源的电压、电流变化率很高,产生的干扰强度较大;干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器,相对于数字电路干扰源的位置较为清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫兹),主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板 (PCB走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。

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

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。

图3给出了典型单端反激变换器的拓扑结构,并加入了新的共模噪声抑制电路。

高频开关电源中EMI产生的机理及其抑制方法

高频开关电源中EMI产生的机理及其抑制方法
高频开关电源中EMI产生的机理及其抑制方法
1前言
开关电源具有体积小、重量轻、效率高等特点,广泛用于通信、自动控制、家用电器、计算机等电子设备中。但是,其缺点是开关电源在高频条件下工作,产生非常强的电磁干扰(ElectromagneTIc Interference,EMI),经传导和辐射会污染周围电磁环境,对电子设备造成影响。本文从开关电源的电路结构、器件进行分析,探讨了电磁干扰产生的机理及其抑制方法。
图3高频变压器的等效电路模型
从图中可以看到变压器层间的分布电容使开关电源中的高频噪声很容易在初次级之间传递。而且如果电容滤波容量不足或高频特性不好,电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式通过变压器的寄生电容传到交流电源中。
开关电源的体积、重量减小的根本原因是使功率半导体器件工作在高频开关状态,但导致的结果是产生了非常严重的电磁干扰。其原因是在工作过程中产生高的di/dt和dv/dt,以及变压器漏感,电路寄生电感与开关管寄生电容之间的高频震荡。开关电源中的电压波形大多为接近矩形的周期波,比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源电压波形等。频率高,一般在kHz以上,上升、下降时间短,dv/dt大,而且通过傅里叶展开以后,包含的谐波频率非常高,很容易污染周围的电磁环境。
2.3输出整流二极管反向恢复造成的电磁噪声
二极管承受反向电压时,PN结内积累的电荷将释放并形成一个反向电流,反向恢复电流脉冲的幅度、脉冲宽度和形状与二极管本身的特性及电路参数有关,而且恢复到零点的时间与结电容等因素有关。高频整流二极管由于反向恢复电流脉冲的幅度和di/dt都很大,它们在引线电感和与其相连接的电路中都会产生很高的感应电压,从而造成很强宽频的瞬态电磁噪声。二极管反向恢复过程电压、电流波形如图4所示。
图2整பைடு நூலகம்器通过的电流波形及电容上的电压波形

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。

开关电源电磁干扰(EMI)整改汇总

开关电源电磁干扰(EMI)整改汇总

开关电源电磁干扰(EMI)整改汇总开关电源类产品的频率大概分四段:150K-400K-4M-20M-30M,这样分的好处是找问题迅速,一般前一段的主要问题在于滤波元器件上。

小功率开关电源用一个合适的X电容和一个共模电感可消除,从增加的元件对测试结果来看,一般电感对A V值有效,电容对QP值有效。

当然,这只是一般规律。

电容越大,滤除的频率越低。

电感越大(适可而止),滤除的频率越高。

400K-4M这一段主要是开关管,变压器等的干扰。

可以在管与散热片之间加屏蔽层(云母片),或者在引脚上套磁珠。

吸收电路上套磁珠有时也很有效。

变压器初次级之间的Y 电容也是不容忽视的。

次级对初级高压端合适还是低压端有时候对这段频率影响很大。

除此之外,调整滤波器也可以抑制其骚扰。

4M-20M这段主要是变压器等高频干扰,在没有找到根源前,大概通过调整滤波,接地,加磁珠等手段解除,有时也可能是输出端的问题。

20M 以后主要针对齐纳二级管,输出端电源输入端整改。

一般是用到磁珠,接地等。

值得注意的是,滤波器件因该远离变压器,散热器,否则容易耦合。

镇流器整改原理和开关电源类似,但是前部分超标并非调整滤波器件就都可以解除,最有效的办法是Y电容金属外壳,外壳再连接地线。

磁珠对高频抑制效果不错。

根据IEC 60384-14,电容器分为X电容及Y电容,1. X电容是指跨于L-N之间的电容器,2. Y电容是指跨于L-G/N-G之间的电容器。

(L="Line", N="Neutral", G="Ground")X电容底下又分为X1, X2, X3,主要差別在于:1. X1耐高压大于2.5 kV, 小于等于4 kV,2. X2耐高压小于等于2.5 kV,3. X3耐高压小于等于1.2 kVY电容底下又分为Y1, Y2, Y3,Y4, 主要差別在于:1. Y1耐高压大于8 kV,2. Y2耐高压大于5 kV,3. Y3耐高压n/a4. Y4耐高压大于2.5 kVX,Y电容都是安规电容,火线零线间的是X电容,火线与地间的是Y电容.它们用在电源滤波器里,起到电源滤波作用,分别对共模,差模工扰起滤波作用.作为工作于开关状态的能量转换装置,开关电源的电压、电流变化率很高,产生的干扰强度较大;干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器,相对于数字电路干扰源的位置较为清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫兹),主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板 (PCB)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。

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EMI滤波器原理与设计

开关电源EMI滤波器原理与设计

contents •开关电源EMI滤波器概述•EMI滤波器的工作原理•EMI滤波器的设计方法•EMI滤波器的制造工艺•EMI滤波器的测试与验证•EMI滤波器的应用与案例分析目录在开关电源中,EMI滤波器对于保护电源免受外部电磁干扰以及防止内部干扰影响其他电路具有重要意义,保证了电源的稳定性和可靠性。

EMI滤波器的定义与重要性EMI滤波器的重要性EMI滤波器定义EMI滤波器的分类EMI滤波器的特点EMI滤波器的分类与特点发展趋势技术挑战EMI滤波器的发展趋势EMI滤波器通常由电感、电容和电阻等元件组成,根据需要还可以加入铁氧体磁珠、二极管等其他元件。

其中,电感和电容的作用是阻止特定频率的电磁波通过,而电阻则可以吸收电磁波的能量。

EMI滤波器的电路设计需要根据开关电源的工作频率、电磁干扰的频率和幅度、以及所需的滤波效果等因素来确定元件的参数和电路结构。

插入损耗共模抑制比频带宽度耐压等级确定滤波器的性能指标包括滤波器的插入损耗、反射损耗、阻抗匹配等指标,根据应用场景和电磁兼容标准来确定。

包括电容器、电感器、电阻器等,根据设计需求来选择适当的元件类型和规格。

根据设计需求和元件参数,设计出满足性能指标的滤波器电路。

利用仿真软件对所设计的滤波器电路进行仿真验证,确保其性能指标符合要求。

将所设计的滤波器电路制作成样品,并进行测试,确保其实际性能符合设计要求。

选择适当的滤波器元件仿真验证制作与测试设计滤波器电路设计流程与步骤确定反射损耗反射损耗是指滤波器对信号的反射量,也是衡量滤波器性能的重要指标之一。

反射损耗的计算方法包括反射系数法和导纳变换法等。

确定插入损耗插入损耗是指滤波器插入前后信号电平的差值,是衡量滤波器性能的重要指标之一。

插入损耗的计算方法包括频域法和时域法等。

阻抗匹配为了使信号能够顺利传输,滤波器需要与信号源和负载阻抗进行匹配。

阻抗匹配的计算方法包括欧姆定律法和奇偶模分析法等。

参数选择与计算例如,设计一个针对某开关电源的EMI滤波器,需要考虑到该开关电源的工作频率、输出电压、输出电流等因素,以及所连接的负载特性和电磁兼容标准等。

开关电源的EMI

开关电源的EMI

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.开关电源的EMI源开关电源的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)高频变压器高频变压器的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)整流二极管整流二极管的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感(引线电感、杂散电感等)产生高dv/dt,从而导致强电磁干扰。

(4)PCB准确的说,PCB是上述干扰源的耦合通道,PCB的优劣,直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。

2.开关电源EMI传输通道分类(一). 传导干扰的传输通道(1)容性耦合(2)感性耦合(3)电阻耦合a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合(二). 辐射干扰的传输通道(1)在开关电源中,能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线,从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析;二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子,电感线圈可以假设为磁偶极子;(2)没有屏蔽体时,电偶极子、磁偶极子,产生的电磁波传输通道为空气(可以假设为自由空间);(3)有屏蔽体时,考虑屏蔽体的缝隙和孔洞,按照泄漏场的数学模型进行分析处理。

3.开关电源EMI抑制的9大措施在开关电源中,电压和电流的突变,即高dv/dt和di/dt,是其EMI产生的主要原因。

实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点:(1)尽量减小电源本身所产生的干扰源,利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路,并进行合理布局;(2)通过接地、滤波、屏蔽等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

转载+整理《开关电源高频电磁波干扰概论》解析(一)第一节这个是说EMI的传播过程,干扰源-干扰途径-接收器,就向传染病:传染源-传染途径-易感人群。

对于开关电源来说,最后一部分是不需要考虑的,干扰源也不能消灭,因为它也是开关电源之所以能工作的源头,但是可以通过软开关、加缓冲等方式来使干扰源的干扰小一些。

控制干扰途径是降低开关电源EMI的重要一环,也是本讲义的重点讲解之处。

信号源波形产生的频谱电压波形产生的频谱周期信号的频谱是没有偶次谐波的,正负对称的波形产生的频率分量更少,像桥式电路。

高数都忘光了,有兴趣的做一下FFT.占空比和波形斜率的影响占空比越大时,干扰的幅度也大一些,这个可由FFT的系数算出来。

波形的斜率对干扰的高频部分影响非常大。

低频部分几乎没有影响。

低频部分主要由波形的幅度和高电平部分的宽度决定的,但高频部分大幅度下降的转折点为1/(3.14*tr),所以tr越大时,转折点的频率越低,高频下降越大。

所以我们应该想到降低斜率的措施,缓冲电路。

第一节小结:电压和电流波形都有很丰富的频率成分超过200M时由于幅值已经很低,所以影响很小波形影响低频部分上升沿和下降沿影响高频部分占空比对个频谱幅值有一点影响第2节:下以部分13-42页,介绍的内容比较杂,有传导和辐射的场地、设备的放置,Log的概念等。

重点说一下这个图,这个介绍的是干扰的耦合途径,左边为传导干扰,右边为辐射干扰。

辐射分为远场和近场。

一般用蝶型天线辐射测量只测量电场,而不是磁场,磁场是用大圆环来测量的,灯具常用。

电场除了直接辐射到天线外,还可能辐射到地面再反射到天线,天线接受到的是直射波和反射波的矢量合成,所以需要上下移动寻找最大合成量。

除此以外,由于电磁波有极化,所以天线需要改变方向以检测最大值(一般只测试水平和垂直)。

LISN网络。

LISN网络是用来拾取噪音的。

差模噪音会在Line1--Line2之间流动,经过50欧姆电阻拾取。

共模电流经过下面的地线再通过50欧姆的电阻回到电源,共模噪音也是经过50欧姆电阻拾取。

50uH电感和10uF电容是用来阻止电网的干扰进入被测电源和防止被测的噪音跑到外面去。

0.25 uF的电容保证只有交流噪音信号可以流过去。

在150KHz频率以上时其阻抗很小,近似短路。

线对线(差模)和线对地(共模)的噪音检测。

都是通过测量50欧姆电阻的电压信号来检测的,但仪器并不会区分差模和共模,实际为两个信号的矢量叠加(个人意见,仪器里面我不清楚)。

两种辐射测试:场强辐射测试,通过组合天线来测量辐射的电场强度,蝶型天线(两个耳朵)测量30-300MHz,对数天线测量300-1GHz,对开关电源来说,主要是耳朵测量,300MHz以后一般电源辐射很小。

功率辐射测试(吸收钳),这个一般带长引线的设备需要做这个试验,如DVD等。

有效检测部分只有前面的一个环,后面是做吸收用的,范围30-300MHz。

共模电流通过高频变压器后送到检测设备。

电流波形产生的频谱第三节下面几页说的是峰值、准峰值和平均值在仪器内部的测试方法,不是我们关心的重点。

从上面可以看出(看原文),3中检测主要是包络检波的冲放电时间常数不一样。

标准要求测试的是QP和AV。

但由于扫描时间过长,一般摸底是用PK和QP测量。

第四节下面的内容主要是讲述容性和感性耦合的机理。

首先开始的是容性耦合!这个图告诉我们,在电源里面两个分离的物体是有电容效应的,当有交流信号时,就会有电流流过。

在电源里面相对并有电压变化的物体是很多的,如漏极和次级;漏极和初级的L,N线等,它们都会引起电流流动,被LISN检测到就是EMI干扰。

仿真的结果和实际是基本上相符的。

看不见的耦合-感性耦合,第一个图描述了两个电路,前面是个振荡电路,后面就是上面容性耦合的电路,看似两个电路不相干,但是由于距离比较近,两个电路会通过磁场耦合,就向一个变压器一样,互感的公式如第二个图所示,随两个电路的距离增大而减小,随振荡电路面积(r为代表)的增大而增大。

第一幅图把上面的计算电感等效的变压器带入电路里面,第二幅图是测量和模拟的结果,可以看到互感的模型是很正确的,感性耦合确实向变压器一样。

这样的耦合在开关电源里面比比皆是,向反激里面的高压电容、变压器初级和开关管组成的环路,变压器初级嵌位电路形成的环路,次级整流管形成的环路。

除了常见的这3个外其实还有很多,如初级、次级和Y电容组成的环路,变压器初级、初级和屏蔽层的电容及屏蔽层的电感组成的环路等。

容性耦合的一个例子:这个例子是说漏极和输入的接线端有一个耦合,尽管电容很小(0.1pF),但由于漏极电压高,差模干扰还是会超过标准。

这个很容易理解。

不再赘述。

容性耦合的另一个例子:此处的例子是指漏极和地的电容,漏极虽然很小,但地很大,虽然传导并不要求屏蔽室,在实际的EMI测试中还是在一个屏蔽的屋子里面,这实际上加大了图中的Cs。

同样由于电压高,假设C s很小,实际测试的干扰(实际为共模)也会超标。

根据以上的分析得出减少容性耦合的一个方法,就是减小高压点的面积,从而减小电容。

中间的图由于高压部分的面积大而被认为Wrong。

其实最右边的图也不是很好,最好往左边靠。

此处介绍的PCB的布线规则。

线的面积尽量小,当然要满足电流的要求,平衡走线,这样两线对高压点的电容是平衡的,容性干扰会对消。

输入部分尽量远离MOS的漏极。

漏极的面积尽量小。

感性耦合的例子:这个例子描述的噪音源的一端和输入的差模滤波的回路有一个耦合,尽管耦合电感很小,但由于噪音源电流大,并且差模滤波回路阻抗很小,所以干扰还是可能超标。

自感影响的例子,由于X电容本省有自感存在,当它滤除差模电流时本省的自感也产生干扰电压,引起差模电流流动,这就是非理想器件造成干扰的原因。

PCB布线规则,减小感性耦合,方法根容性耦合差不多,好的布线对两个方法都有用。

好的布线:环路面积小,环路之间距离要远,节点端为容性端。

开关纹波电流的影响,开关电流会在其左边的电路部分的输入阻抗上形成电压,当然会有电流流过LISN的检测电阻,从而被测到EMI电流,由于是在两根线间流动的,所以是差模电流。

这种电路的计算是很复杂的,还好有仿真电路,仿真一下很简单。

不过我认为在实际应用中,仿真都不必做,我们只要理解其原理,知道怎么克服就可以了。

典型EMI差模滤波电路的参数和结果:右边蓝色的线为模拟的噪音结果,可以看到初始值很高。

理想C1没有ESR,ESL,从右边看到蓝色的线非常低,说明C1的ESR,ESL是主要产生干扰的源头,20多DB的起始值是电流在2pifc上形成的电压造成的。

C2由于值很小,对低频段EMI的影响几乎可以忽略。

后面还有几个图,为节约时间和空间不上传,从图上可以得到的信息是由于C1的阻抗比起C2和L来说很低,所以干扰的源头就是开关电流在C1的ESL和ESR上形成的电压。

后面不同的图只是为了证明这一点。

这一部分的总结:真实电路和理想电路是不同的,各种元件都有其等效的其他参数。

大电解的E SR贡献了差模噪音的低频部分,ESL贡献了差模噪音的高频部分。

结果很明显,高频电解的ESR, ESL比较低,有利于降低差模噪音!如果一级滤波结果不好,自然想到两阶段滤波。

在实际的设计中,并不需要单独增加一个电感,可以利用共模(功率大的电源一般都要用)的漏感来做差模电感,这样只需要增加一个X电容就可以了。

不同的共模漏感是不一样的,如果用ET型的磁心,4槽骨架的比2槽的要大,漏感可以通过短路一组引线来测量。

第一个图是两阶段差模滤波考虑元件寄生参数的真实等效电路,第二个图是模拟的结果。

可以看到两阶段滤波对干扰的衰减更厉害。

原因是两阶段时干扰信号经过了两级LC,是80dB/10倍频程的衰减。

单独把这一页列出来,因为它告诉了我们一个很重要的技巧。

当把开关电源的频率设定到150KHz时,在150K的衰减时8dB;但是如果把开关频率设定到130 K,则开关频率的干扰不需要测量,需要关注的是开关频率的二倍频,即260K,此时的衰减是很大的,从图上看到有30dB的裕量。

输入整流管的影响整流管导通时,差模电流几乎无阻挡通过,整流管不导通时,按图上没有差模电流,但实际上整流管有电容存在,还是有一点点电流的,不过影响很小,可以忽略。

根据这个图我们也不难理解,在测量EMI时,低压时的EMI通常比高压时在低频段(差模为主)大一些。

因为低压时整流管的导通时间长,当然导通时间长的原因是低压时的电流大。

电流大也是造成EMI大的重要原因,这两者的共同作用造成了低压时的EMI大。

全导通和非全导通时的EMI差异。

全导通是通过用直流电源给LISN供电来模拟的。

从上面的描述可以看到,峰值和准峰值是没有变化的(由开关电流的峰值决定,两种情况此电流峰值没有变化),但平均值明显用整流桥的要低很多。

一个描述前半周,一个描述后半周。

这个非常容易理解。

输入滤波对电源稳定性的影响根据Middlebrook的额外元素理论,只要输入滤波的输出阻抗远小于电源的输入阻抗便不会有稳定性问题。

输出阻抗远小于电源的输入阻抗的表现就是上述电路Pin部分分得到最大化的Vin 电压,根据这个要求列出上述方程,只要一阶部分的系数>1,就可以得到左半平面极点,就不会有稳定性问题。

有一阶部分的系数>1的调节得到上述红色公式。

带一个实际的电源参数进去,发现RL3实际上要>10欧姆电路才能稳定,但实际的电感的内阻是很小的,由此得出结果几乎每一个电源都会振荡。

但实际上并不是这样,说明理论有不对的地方。

这个是为了和后面做对应的,不作解释。

看后面就可以了。

电感的频率特性,我们会看到在频率升高时磁心的损耗会反应为一个很大的电阻,正是它阻尼了振荡,当然趋附和临近效应反应的电阻和直流电阻也有影响,但不是主要因素。

补充一下,在实际的电源中C1都很大,很大的C1实际上降低了对RL3的要求,只要很小的RL3就可以了,实际不用考虑RL3,电容的ESR起到了RL3的作用。

当频率高时,用铁分心做电感时,由于损耗严重可能引起融化,这有点玄,但漆包线绝缘是有可能坏掉的。

用铁氧体时由于损耗小,就没有这个问题。

所以不要忘了ac电阻代表的磁心损耗,它可以阻尼电源的振荡。

由上面的分析我们就知道了为什么输入滤波通常不会引起电源振荡。

主要是第一点和第三点。

滤波电感的磁心损耗提供了额外电阻;C1通常比较大。

补上忘掉的一部分:普通的整流滤波只有在电压峰值时二极管才导通,此时二极管是完全导通的,所以差模和共模电流很容易通过整流管而被LISN检测到,而其他时间二极管不导通,差模电流是不能通过的,共模电流通过能力也减弱,只有高频的部分才容易通过二极管的节电容通过。

由于二极管不导通时几乎没有干扰电流流过,所以用交流电源供电时测量到的平均值会比直流电源供电时低,因为直流供电时二极管是每时每刻导通的,干扰电流可以全通过。

相关文档
最新文档