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淺析開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾問題

發(fā)布時(shí)間:2013-03-26 責(zé)任編輯:Lynnjiao

【導(dǎo)讀】開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源,或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。

功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動(dòng)作是導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量,另一方面也導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的EMI問題。開關(guān)電源工作時(shí),其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時(shí)間內(nèi)上升和下降的,因此,開關(guān)電源本身是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源,或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑?,F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明:

二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾 
   
交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓,經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?,但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知,電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng),造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。另外,由于電流是脈沖波,使電源輸入功率因數(shù)降低。

高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過,在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí),由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。

開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾 
     
功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí),這種諧 波干擾將會(huì)很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生 尖峰干擾。

交流輸入回路產(chǎn)生的干擾 
   
無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,通過輸入輸出線傳播時(shí),都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

開關(guān)電源原理圖
圖題:開關(guān)電源原理圖

其他原因 
  
元器件的寄生參數(shù),開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美,印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布 置,具有很大的隨意性,PCB的近場(chǎng)干擾大,并且印刷板上器件的安裝、放置,以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。

0.15 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾。
0.2 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的4次諧波和Mosfet 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加,引起的干擾;所以這部分較強(qiáng)。
0.25 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;
0.35 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;
0.39 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的8次諧波和Mosfet 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加引起的干擾;
1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diode 振蕩1(1.31MHz)的基波引起的干擾;
3.3 MHz處產(chǎn)生的振蕩是Mosfet 振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾。

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