通信开关电源的EMI
开关电源EMI整改方案
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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。
教你如何通俗理解开关电源EMI

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。
开关电源中产生EMI的原因是什么?变压器内部设置屏蔽绕组抑制共模传导EMI的研究
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开关电源中产生EMI的原因是什么?变压器内部设置屏蔽绕组抑制共模传导EMI的研究引言电磁兼容(ElectromagneTIc CompaTIbility,EMC)是指电子设备或系统在电磁环境下能正常工作,且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
它包括电磁干扰(EMI)和电磁敏感(EMS)两方面。
由于开关电源中存在很高的di /dt 和du /dt,因此,所有拓扑形式的开关电源都有电磁干扰的问题。
目前克服电磁干扰的技术手段主要有:在电源的输入、输出端设置无源或有源滤波器,设置屏蔽外壳并接地,采用软开关技术和变频控制技术等。
开关电源中,EMI 产生的根本原因在于存在着电流、电压的高频急剧变化,其通过导线的传导,以及电感、电容的耦合形成传导EMI。
同而电流、电压的变化必定伴有磁场、电场的变化,因此,导致了辐射EMI。
本文着重分析变压器中共模传导EMI 产生的机理,并以此为依据,阐述了变压器中不同的屏蔽层设置方式对共模传导EMI 的抑制效果。
1 高频变压器中传导EMI 产生机理以反激式变换器为例,其主电路如图1 所示。
开关管开通后,变压器一次侧电流逐渐增加,磁芯储能也随之增加。
当开关管关断后,二次侧整流二极管导通,变压器储能被耦合到二次侧,给负载供电。
图1 反激变换器在开关电源中,输入整流后的电流为尖脉冲电流,开关开通和关断时变换器中电压、电流变化率很高,这些波形中含有丰富的高频谐波。
另外,在主开关管开关过程和整流二极管反向恢复过程中,电路的寄生电感、电容会发生高频振荡,以上这些都是电磁干扰的来源。
开关电源中存在大量的分布电容,这些分布电容给电磁干扰的传递提供了通路,如图2 所示。
图2 中,LISN 为线性阻抗稳定网络,用于线路传导干扰的测量。
干扰信号通过导线、寄生电容等传递到变换器的输入、输出端,形成了传导干扰。
变压器的各绕组之间也存在着大量的寄生电容,如图3 所示。
图3 中,A、B、C、D 4 点与图1 中标识的4点相对应。
开关电源emi电路原理
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开关电源emi电路原理
开关电源EMI电路是指用来抑制电磁干扰(EMI)的电路。
开关电源是一种使用开关元件(如晶体管或MOSFET)工作
的电源,通过周期性地开关电流来提供电能。
开关电源会产生一定的电磁干扰,主要原因有以下几点:
1. 开关元件的快速开关会引起电压和电流的急剧变化,导致高频谐波成分的产生;
2. 开关电源中的变压器和电感器会产生磁场,进一步引起电磁辐射;
3. 开关电源中的电容器会产生串扰电容耦合,导致干扰信号的传导。
为了抑制开关电源的电磁干扰,可以采取以下措施:
1. 在开关电源输入端添加滤波器,用来抑制高频噪声,常见的滤波器包括电容滤波器和电感滤波器;
2. 设计合适的开关元件驱动电路,减小开关元件的开关速度,从而减小高频谐波的产生;
3. 采用引入屏蔽外壳或屏蔽包围电路等的屏蔽手段,减小电磁辐射;
4. 采用良好的地线布局和接地措施,降低地线电阻和噪声干扰;
5. 使用高频绕线技术和特殊布板设计,减少电感和电容器之间的串扰。
通过以上措施,可以有效地抑制开关电源产生的电磁干扰,提高电源的抗干扰能力,确保设备的正常运行。
开关电源的EMI设计
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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。
通信开关电源的EMI/EMC设计
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通信开关电源的EMI/EMC设计第一篇:通信开关电源的EMI/EMC设计通信开关电源的EMI/EMC设计引言通信开关电源一般都采用脉冲宽度调制(PWM)技术,其特点是频率高、效率高、功率密度高、可靠性高,另外还有体积小、重量轻、具有远程监控等优点,因此被广泛地应用于程控交换、光数据传输、无线基站、有线电视系统及IP网络中,是信息技术设备正常工作的核心动力。
然而,由于其开关器件工作在高频通断状态,高频的快速瞬变过程本身就是电磁干扰(EMD)源,他产生的电磁干扰EMI信号有很宽的频率范围,又有一定的幅度,经传导和辐射会污染电磁环境,对通信设备和电子产品造成干扰。
同时,通信开关电源要有很强的抗电磁干扰的能力,特别是对雷击、浪涌、电网电压、电场、磁场、电磁波、静电放电、脉冲串、电压跌落、射频电磁场传导抗扰性、辐射抗扰性、传导发射、辐射发射等项目需要满足有关EMC标准的规定。
开关电源引起电磁兼容性的原因通信开关电源因工作在高电压大电流的开关工作状态下,其引起电磁兼容性问题的原因是相当复杂的。
按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种;按照干扰信号对于电路作用的形态不同,可将电源系统内的干扰分为共模干扰和差模干扰两种。
通常,线路电源线上的任何传导干扰信号,都可表示成共模和差模干扰两种方式。
在开关电源中,主功率开关管在高电压、大电流或以高频开关方式工作下,开关电压及开关电流的波形在阻性负载时近似为方波,其中含有丰富的高次谐波分量。
由于电压差可以产生电场、电流的流动可以产生磁场,以及丰富的谐波电压电流的高频部分在设备内部产生电磁场,从而造成设备内部工作的不稳定,使设备的性能降低。
同时,由于电源变压器的漏电感及分布电容,以及主功率开关器件的工作状态非理想,在高频开或关时,常常产生高频高压的尖峰谐波振荡,该谐波振荡产生的高次谐波,通过开关管与散热器问的分布电容传人内部电路或通过散热器及变压器向空间辐射。
如图1所示,电网中含有的共模和差模噪声对开关电源产生干扰,开关电源在受到电磁干扰的同时也对电网其他设备以及负载产生电磁干扰,例如返回噪声、输出噪声和辐射干扰等。
开关电源EMI滤波器原理和设计研究
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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经典解读——这篇文章看完让你醍醐灌顶(民熔)
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开关电源EMI解读因其具有功耗小、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,控制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。
根据开关电源工作原理知:开关电源首先将工频交流电整流为直流电,再逆变为高频交流电,最后经过整流滤波输出,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02kHz以上,因而其分布电容不可忽略。
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略,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,以及交流输人、整流输出电路部分。
开关电源电磁干扰(EMI)整改汇总要点
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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EMI滤波器原理与设计
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02
EMI滤波器的工作原 理
EMI滤波器的电路组成
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。
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。
参数选择与Leabharlann 算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
EMI滤波器的频带宽度表示其 能够抑制的电磁波频率范围。 频带越窄,表示滤波器对电磁 波的抑制效果越集中;频带越 宽,表示滤波器对电磁波的抑 制效果越广泛。
EMI滤波器的耐压等级表示其 能够承受的最大电压。在选择 滤波器时,需要根据开关电源 的最大输出电压来确定耐压等 级。
03
EMI滤波器的设计方 法
方法
根据电源的特性,选择合 适的EMI滤波器器件,包 括电容器、电感器、二极 管等,进行电路设计。
结果
通过优化设计,有效地降 低了电源的电磁干扰,提 高了电源的稳定性和可靠 性。
案例二
1 2 3
背景
某复杂电路板在运行过程中出现了信号失真和噪 声干扰问题,需要进行EMI滤波器优化设计。
方法
对电路板进行电磁兼容性分析,找出电磁干扰的 主要来源,选择合适的EMI滤波器器件和电路拓 扑结构,进行优化设计。
VS
开关电源原理及EMI介绍
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开关电源原理一、开关电源的电路组成:开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM 控制器电路、输出整流滤波电路组成。
辅助电路有输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。
开关电源的电路组成方框图如下:二、输入电路的原理及常见电路:1、AC输入整流滤波电路原理:① 防雷电路:当有雷击,产生高压经电网导入电源时,由MOV1、MOV2、MOV3:F1、F2、F3、FDG1组成的电路进行保护。
当加在压敏电阻两端的电压超过其工作电压时,其阻值降低,使高压能量消耗在压敏电阻上,若电流过大,F1、F2、F3会烧毁保护后级电路。
② 输入滤波电路:C1、L1、C2、C3组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
当电源开启瞬间,要对C5充电,由于瞬间电流大,加RT1(热敏电阻)就能有效的防止浪涌电流。
因瞬时能量全消耗在RT1电阻上,一定时间后温度升高后RT1阻值减小(RT1是负温系数元件),这时它消耗的能量非常小,后级电路可正常工作。
③ 整流滤波电路:交流电压经BRG1整流后,经C5滤波后得到较为纯净的直流电压。
若C5容量变小,输出的交流纹波将增大。
2、 DC输入滤波电路原理:① 输入滤波电路:C1、L1、C2组成的双π型滤波网络主要是对输入电源的电磁噪声及杂波信号进行抑制,防止对电源干扰,同时也防止电源本身产生的高频杂波对电网干扰。
C3、C4为安规电容,L2、L3为差模电感。
② R1、R2、R3、Z1、C6、Q1、Z2、R4、R5、Q2、RT1、C7组成抗浪涌电路。
在起机的瞬间,由于C6的存在Q2不导通,电流经RT1构成回路。
当C6上的电压充至Z1的稳压值时Q2导通。
如果C8漏电或后级电路短路现象,在起机的瞬间电流在RT1上产生的压降增大,Q1导通使Q2没有栅极电压不导通,RT1将会在很短的时间烧毁,以保护后级电路。
开关电源emi滤波器原理与设计
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1. 传导发射测试:测量开关电源EMI滤波器在电源线上 的传导发射电平。
3. 插入损耗测试:测量滤波器插入前后信号的衰减量, 反映滤波器的抑制能力。
测试结果分析与改进建议
结果分析
根据测试数据,分析开关电源EMI滤波器的性能,包括传导发射、辐射发射和 插入损耗等指标。
改进建议
根据分析结果,提出针对性的改进措施和建议,如优化滤波器电路设计、改进 元件参数等,以提高滤波器的性能。
05
开关电源EMI滤波器应用案例 分析
应用场景与案例选择
应用场景
开关电源广泛应用于各种电子设备中,如计算机、通信设备、家电等。在这些设 备中,EMI(电磁干扰)问题常常成为影响设备性能和稳定性的重要因素。
案例选择
为了更好地说明开关电源EMI滤波器的应用,本文选择了两个具有代表性的案例 进行分析,分别是计算机电源供应系统(PSU)和电动汽车充电桩。
03
开关电源EMI滤波器元件选择 与布局
元件选择的原则与技巧
元件选择的原则 选择低ESR(等效串联电阻)电容 选择低DCR(直流电阻)电感
元件选择的原则与技巧
选择低电阻、低电感的PCB(印刷电路板) 元件选择的技巧
根据EMI滤波器的性能要求,选择适当的元件值和类型
元件选择的原则与技巧
考虑元件的可靠性、耐温性能和寿命
考虑元件的成本和可获得性
元件布局的要点与注意事项
元件布局的要点 合理安排输入和输出线,避免平行布线
尽量减小电感器和电容器的距离
元件布局的要点与注意事项
输入和输出线应远离 PCB边缘
避免在PCB上形成大 的环路
元件布局的注意事项
元件布局的要点与注意事项
避免使用过长的元件引脚
高频开关电源中EMI产生的机理及其抑制方法
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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
开关电源电磁干扰(EMI)整改汇总
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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。
开关电源如何解决EMI问题
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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
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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。
开关电源产生电磁干扰(EMI)的原因
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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。
电源中emi产生的原理
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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。
设计开关电源的EMI滤波器
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开关电源应用最为广泛,但EMI最为严重。
开关电源EMI主要来源:其一:在整流环节中,由于滤波电容器容量很大,整流管仅在交流电压峰值附近导通,此时电容器流经较大的充电尖峰电流,产生了丰富的谐量分量;其二:由于DC/DC变换器开关频率在几十KHZ至几百KHZ之间,开关管电流含有丰富的谐波分量,而且是开关电源主要电磁干扰源。
由于开关电源EMI主要是传导干扰,采用滤波器来抑制是最主要的手段。
EMI滤波器设计与一般信号滤波器设计完全不同,必须采取特殊设计方法。
本文采用完全有别于信号滤波器的设计方法,采用“三点频率法”设计了双级LC滤波器,滤波器效果令人满意。
1 滤波器设计双级LC网络插入开关电源电路中的位置如图1所示。
图1 LC网络在开关电源电路中的位置假定直流电源侧为低阻抗电压源Us,DC/DC变换器输入端为高阻抗电流源i(t)。
那么LC滤波器只能选择“ Γ”型结构,最简单的双“ Γ”型LC网络如图2所示。
其频域传递函数为图2 双级LC网络由于LC网络谐振时,会产生很大的电流(电压)峰值,这个网络有3个频率点的谐振峰值是必须限制,否则,会产生更大的EMI。
限制这3个频率点的峰值是设计这个滤波器的主要指导思想。
这3个频率点分别是:由于LC网络谐振时,会产生很大的电流(压)峰值,这个网络有3个频率点的谐振峰值是必须限制,否则,会产生更大的EMI。
限制这3个频率点的峰值是设计这个滤波器的主要指导思想。
这3个频率点分别是:第一级滤波器的谐振频率:第二级滤波器的谐振频率:第3个频率点就是DC/DC 变换器的开关频率f。
下面具体讨论滤波器设计方法,即选取LC 网络中元件参数的方法。
由上面3个式子,3个频率点对应的传递函数的幅值分别为:元件参数选取方法讨论如下:为了限制1 f 点的谐振峰值,要求插入衰减20logH1=20logC1/C2<0,即C1/C2<0。
根据经验,它们的比值范围为C1/C2=0.1~0.5 (7)为了限制f2点的谐振峰值,同理选取L1/L2=0.1~0.5 (8)为了限制f 点的谐振峰值,要求20logH3=-20~-150dB,即H3=0.1~0.5 (9)元件参数选取步骤归纳如下:(1)由(7)~(9)式确定了比值,这样只有二个参数是独立的;(2)由于滤波器负载侧(开关电流i(t)侧)谐波分量较大,C2应选一个大容量电容器;(3)由(1)、(2)步结果代入(9)式,就可以确定另一个独立参数。
开关电源的EMI处理方法
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开关电源的EM I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。
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通信开关电源的EMI/EMC设计
2013-03-18 00:42 文章来源: 电源网有1999人阅读过
中心议题:
开关电源引起电磁兼容性的原因
开关电源的电磁兼容性设计要点
解决方案:
无源补偿滤波技术
屏蔽技术
通信开关电源一般都采用脉冲宽度调制(PWM)技术,其特点是频率高、效率高、功率密度高、可靠性高,另外还有体积小、重量轻、具有远程监控等优点,因此被广泛地应用于程控交换、光数据传输、无线基站、有线电视系统及IP网络中,是信息技术设备正常工作的核心动力。
然而,由于其开关器件工作在高频通断状态,高频的快速瞬变过程本身就是电磁干扰(EMD)源,他产生的电磁干扰EMI信号有很宽的频率范围,又有一定的幅度,经传导和辐射会污染电磁环境,对通信设备和电子产品造成干扰。
同时,通信开关电源要有很强的抗电磁干扰的能力,特别是对雷击、浪涌、电网电压、电场、磁场、电磁波、静电放电、脉冲串、电压跌落、射频电磁场传导抗扰性、辐射抗扰性、传导发射、辐射发射等项目需要满足有关EMC标准的规定。
开关电源引起电磁兼容性的原因
通信开关电源因工作在高电压大电流的开关工作状态下,其引起电磁兼容性问题的原因是相当复杂的。
按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种;按照干扰信号对于电路作用的形态不同,可将电源系统内的干扰分为共模干扰和差模干扰两种。
通常,线路电源线上的任何传导干扰信号,都可表示成共模和差模干扰两种方式。
在开关电源中,主功率开关管在高电压、大电流或以高频开关方式工作下,开关电压及开关电流的波形在阻性负载时近似为方波,其中含有丰富的高次谐波分量。
由于电压差可以产生电场、电流的流动可以产生磁场,以及丰富的谐波电压电流的高频部分在设备内部产生电磁场,从而造成设备内部工作的不稳定,使设备的性能降低。
同时,由于电源变压器的漏电感及分布电容,以及主功率开关器件的工作状态非理想,在高频开或关时,常常产生高频高压的尖峰谐波振荡,该谐波振荡产生的高次谐波,通过开关管与散热器问的分布电容传人内部电路或通过散热器及变压器向空间辐射。
如图所示,电网中含有的共模和差模噪声对开关电源产生干扰,开关电源在受到电磁干扰的同时也对电网其他设备以及负载产生电磁干扰,例如返回噪声、输出噪声和辐射干扰等。
进行开关电源EMI/EMC设计时,一方面要防止开关电源对电网和附近的电子设备产生干扰;另一方面要加强开关电源本身对电磁干扰环境的适应能力。
下面用等效电路分别介绍共模和差模干扰产生的原因及路径。
如图2所示,当开关管转为“关”时,集电极与发射极间的电压快速上升达500V,他产生的电流经集电极与地之间的分布电容返回整流桥,这个按开关频率工作的脉冲串电流是共模噪声。
这个电压会引起共模电流Icm2向CP2充电和共模电流Icm1向CP1充电,其中CP1为变压器初、次级之间的分布电容,CP2为开关电源与散热器之间的分布电容(即开关管集电极与地之间的分布电容)。
则线路中共模电流总大小为Icm1 Icm2。
如图3所示,当开关管转为“开”时,储能电容Cs的能量由AC电网和整流桥提供,他被开关管变换器的快速开关频率所变换,并通过变压器形成脉冲电流IL,他具有非常丰富
的开关频率谐波。
储能电容不是一个纯电容,他有串联电阻和电感。
当整流桥处开关管“开”时,在AC电网端,IL会产生一个由电容的L,R,C所呈现的阻抗电压,这就是开关电源产生差模发射源的原理。
差模电流Idm和信号电流IL沿着导线、变压器初级、开关管组成的回路流通。
开关电源的电磁兼容性设计
电磁兼容性(ElectromagneticCompatibility,EMC)是指在有限的空间、时间和频谱范围内,各种电气设备共存而不引起性能的下降。
形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备,因而,抑制电磁干扰也应该从这3个方面着手。
首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,降低其对噪声的敏感度。
目前抑制开关电源EMI的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道,常用的方法是屏蔽和滤波,他们的确是行之有效的办法。
无源补偿滤波技术
滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。
在电源输入端接上滤波器,即可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰,也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。
开关电源的工
作频率一般在10~130kHz,对开关电源产生的高频段EMI信号,只要选择相应的去耦电路或网络结构较为简单的EMI滤波器,就能达到理想的滤波效果。
干扰抑制电路如图4所示,CX1和CX2叫做差模电容,L1叫做共模电感,CY1和CY2叫做共模电容。
电阻R用于消除可能在滤波器中出现的静电积累。
IEC-380安全技术条件标准的8.8部分指出,若CX>0.1μF 则R=t/2.2C(t=1s,C=2CXμF)。
由这些集中参数元件构成无源低通网络,抑制开关电源产生的向电网反馈的传导干扰,同时抑制来自电网的噪声对开关电源本身的侵害,为了使通过滤波电容C流入地的漏电流维持在安全范围内,CX=0.1~0.2μF,CY的值一般适合取在0.1~0.33μF之间,不宜过大,相应的扼流线圈L应选大些,一般适合取在0.5μH~8mH之间,这样既符合安全要求,又能抑制电磁干扰。
共模电感L1是在同一个磁环上由绕向相反、匝数相同的两个绕组构成。
使滤波器接入电路后,两只线圈内电流产生的磁通在磁环内相互抵消,不会使磁环达到磁饱和状态,从而使两只线圈的电感值保持不变。
通常使用环形磁芯,漏磁小,效率高。
但是绕线困难,如磁环的材料不可能做到绝对均匀,两个线圈的绕制也不可能完全对称等,使得两个绕组的电感量是不相等的,于是,形成差模电感。
所以,一般电路中不必再设置独立的差模电感了。
共模电感的差值电感与电容CX1及CX2构成了一个Ⅱ型滤波器。
这种滤波器对差模干扰有较好的衰减。
除了共模电感以外,图4中的电容CY1及CY2也是用来滤除共模干扰的。
共模滤波的衰减在低频时主要由电感器起作用,而在高频时大部分由电容CY1及CY2起作用。
电容CY的选择要根据实际情况来定,由于电容CY接于电源线和地线之间,承受的电压比较高,所以,需要有高耐压、低漏电流特性。
使用LC滤波电路,可根据公式计算电路的谐振频率,调整电感、电容,使谐振频率与干扰频率相近或接近干扰频率的中心频率。
对频率很高的电磁干扰,可以使用三端电容或穿心电容进行滤波。
屏蔽技术
屏蔽是抑制开关电源辐射干扰的有效方法。
一般分为两类:一类是静电屏蔽,主要用于防止静电场和恒定磁场的影响;另一类是电磁屏蔽,主要用于防止交变电场,交变磁场以及交变电磁场的影响。
可以用导电性能良好的材料对电场进行屏蔽,用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。
实际应用中,主要是应用于隔离变压器。
变压器绕组间的交叉耦合电容为共模噪声流过整个系统提供了通路。
这一交叉耦合电容可以在变压器结构中采用法拉第屏蔽(Faradayshield)来减小。
法拉第屏蔽简单来说就是用铜箔或铝箔包绕在原方和副方绕组之间形成一个静电屏蔽层隔离区并接地,以减小交叉耦合电容。
图5为变压器原边绕组和副边绕组。
其中N1A,N1B是原边绕组,分两次绕;N2A,
N2B是副边绕组;N3,N4分别是辅助绕组;SCREEN为铜箔屏蔽。
安规上一般要求散热器接地,那么开关管漏极与散热器之间的寄生电容就为共模噪声提供了通路,可以在漏极和散热器之间加一铜箔或铝箔并接地以减小此寄生电容。
采用磁屏蔽效果比较好的铁氧体磁芯如PQ型或者P型来制作变压器可以很大程度上减小变压器漏磁从而减小原副方绕组漏感,有效抑制了EMI的传播。
随着开关电源不断向高频化发展,其抗干扰问题显得越发重要。
在开发和设计开关电源中,如何有效抑制开关电源的电磁干扰,同时提高开关电源本身对电磁干扰的抗干扰能力是一个重要课题。
几种抗干扰措施既相互独立又相互联系,必须同时采用多种措施才能达到良好的抗干扰效果。