設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施:
你的位置:首頁 > EMC安規(guī) > 正文
賺翻了!史上最全開關(guān)電源傳導(dǎo)與輻射超標(biāo)整改方案
發(fā)布時(shí)間:2015-01-29 責(zé)任編輯:wenwei
[導(dǎo)讀]對(duì)于開關(guān)電源來說,由于開關(guān)管、整流管工作在大電流、高電壓的條件下,對(duì)外界會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾,因此開關(guān)電源的傳導(dǎo)發(fā)射和電磁輻射發(fā)射相對(duì)其它產(chǎn)品來說更加難以實(shí)現(xiàn)電磁兼容,但如果我們對(duì)開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的原理了解清楚后,就不難找到合適的對(duì)策,將傳導(dǎo)發(fā)射電平和輻射發(fā)射電平降到合適的水平,實(shí)現(xiàn)電磁兼容性設(shè)計(jì)。
開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理及其傳播途徑
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:
1、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)。
2、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。
3、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。
4、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。
Flyback架構(gòu)noise在頻譜上的反應(yīng)
0.15MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾;
0.2MHz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);
0.25MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;
0.35MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;
0.39MHz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;
3.3MHz處產(chǎn)生的振蕩是Mosfet振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾;
開關(guān)管、整流二極管的振蕩會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾
設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施:
1.把噪音電路節(jié)點(diǎn)的PCB銅箔面積最大限度地減小,如開關(guān)管的漏極、集電極、初次級(jí)繞組的節(jié)點(diǎn)等;
2.使輸入和輸出端遠(yuǎn)離噪音元件,如變壓器線包、變壓器磁芯、開關(guān)管的散熱片等等;
3.使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線包、未遮蔽的變壓器磁芯和開關(guān)管等等)遠(yuǎn)離外殼邊緣,因?yàn)樵谡2僮飨峦鈿み吘壓芸赡芸拷饷娴慕拥鼐€;
4.如果變壓器沒有使用電場(chǎng)屏蔽,要保持屏蔽體和散熱片遠(yuǎn)離變壓器;
5.盡量減小以下電流環(huán)的面積:次級(jí)(輸出)整流器、初級(jí)開關(guān)功率器件、柵極(基極)驅(qū)動(dòng)線路、輔助整流器
6.不要將門極(基極)的驅(qū)動(dòng)返饋環(huán)路和初級(jí)開關(guān)電路或輔助整流電路混在一起;
7.調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值,使它在開關(guān)的死區(qū)時(shí)間里不產(chǎn)生振鈴響聲;
8.防止EMI濾波電感飽和;
9.使拐彎節(jié)點(diǎn)和次級(jí)電路的元件遠(yuǎn)離初級(jí)電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片;
10.保持初級(jí)電路的擺動(dòng)的節(jié)點(diǎn)和元件本體遠(yuǎn)離屏蔽或者散熱片;
11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端;
12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線端子;
13.使EMI濾波器對(duì)面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離;
14.在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻;
15.在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻;
[page]
16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻;
17.在PCB設(shè)計(jì)時(shí)允許放1nF/500V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻,跨接在變壓器的初級(jí)的靜端和輔助繞組之間;
18.保持EMI濾波器遠(yuǎn)離功率變壓器,尤其是避免定位在繞包的端部;
19.在PCB面積足夠的情況下,可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置,RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端;
20.空間允許的話在開關(guān)功率場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個(gè)小徑向引線電容器(米勒電容,10皮法/1千伏電容);
21.空間允許的話放一個(gè)小的RC阻尼器在直流輸出端;
22.不要把AC插座與初級(jí)開關(guān)管的散熱片靠在一起。
開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)
作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置,開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高,產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大;干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器,相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚;開關(guān)頻率不高(從幾十千赫和數(shù)兆赫茲),主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線,具有更大的隨意性,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。
1MHZ以內(nèi)----以差模干擾為主,增大X電容就可解決;
1MHZ---5MHZ---差模共?;旌希捎幂斎攵瞬⒁幌盗蠿電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并解決;
5M以上---以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法。對(duì)于外殼接地的,在地線上用一個(gè)磁環(huán)繞2圈會(huì)對(duì)10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);對(duì)于25--30MHZ不過可以采用加大對(duì)地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCBLAYOUT、輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小磁環(huán),最少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器;
30---50MHZ---普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起,可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻,RCD緩沖電路采用1N4007慢管,VCC供電電壓用1N4007慢管來解決;
100---200MHZ---普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起,可以在整流管上串磁珠;
100MHz-200MHz之間大部分出于PFCMOSFET及PFC二極管,現(xiàn)在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果,水平方向基本可以解決問題,但垂直方向就很無奈了。
開關(guān)電源的輻射一般只會(huì)影響到100M以下的頻段,也可以在MOS、二極管上加相應(yīng)吸收回路,但效率會(huì)有所降低。
1MHZ以內(nèi)----以差模干擾為主
1.增大X電容量;
2.添加差模電感;
3.小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。
1MHZ---5MHZ---差模共?;旌?/strong>
采用輸入端并聯(lián)一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并以解決。
1.對(duì)于差模干擾超標(biāo)可調(diào)整X電容量,添加差模電感器,調(diào)差模電感量;
2.對(duì)于共模干擾超標(biāo)可添加共模電感,選用合理的電感量來抑制;
3.也可改變整流二極管特性來處理一對(duì)快速二極管如FR107一對(duì)普通整流二極管1N4007。
5M以上---以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法
對(duì)于外殼接地的,在地線上用一個(gè)磁環(huán)串繞2-3圈會(huì)對(duì)10MHZ以上干擾有較大的衰減作用;也可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔,銅箔閉環(huán)。處理后端輸出整流管的吸收電路和初級(jí)大電路并聯(lián)電容的大小。
對(duì)于20--30MHZ
1.對(duì)于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對(duì)地Y2電容量或改變Y2電容位置;
2.調(diào)整一二次側(cè)間的Y1電容位置及參數(shù)值;
3.在變壓器外面包銅箔、變壓器最里層加屏蔽層,調(diào)整變壓器的各繞組的排布;
4.改變PCBLAYOUT;
5.輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小共模電感;
6.在輸出整流管兩端并聯(lián)RC濾波器且調(diào)整合理的參數(shù);
7.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE;
8.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容;
9.可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻。
30---50MHZ普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起
特別推薦
- 復(fù)雜的RF PCB焊接該如何確保恰到好處?
- 電源效率測(cè)試
- 科技的洪荒之力:可穿戴設(shè)備中的MEMS傳感器 助運(yùn)動(dòng)員爭金奪銀
- 輕松滿足檢測(cè)距離,勞易測(cè)新型電感式傳感器IS 200系列
- Aigtek推出ATA-400系列高壓功率放大器
- TDK推出使用壽命更長和熱點(diǎn)溫度更高的全新氮?dú)馓畛淙嘟涣鳛V波電容器
- 博瑞集信推出低噪聲、高增益平坦度、低功耗 | 低噪聲放大器系列
技術(shù)文章更多>>
- 基于GD32F407VET6主控芯片的永磁同步電機(jī)控制器設(shè)計(jì)
- 如何選擇和應(yīng)用機(jī)電繼電器實(shí)現(xiàn)多功能且可靠的信號(hào)切換
- 基于APM32F411的移動(dòng)電源控制板應(yīng)用方案
- 數(shù)字儀表與模擬儀表:它們有何區(qū)別?
- 聚焦制造業(yè)企業(yè)貨量旺季“急難愁盼”,跨越速運(yùn)打出紓困“連招”
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
交流電機(jī)
腳踏開關(guān)
接觸器接線
接近開關(guān)
接口IC
介質(zhì)電容
介質(zhì)諧振器
金屬膜電阻
晶體濾波器
晶體諧振器
晶體振蕩器
晶閘管
精密電阻
精密工具
景佑能源
聚合物電容
君耀電子
開發(fā)工具
開關(guān)
開關(guān)電源
開關(guān)電源電路
開關(guān)二極管
開關(guān)三極管
科通
可變電容
可調(diào)電感
可控硅
空心線圈
控制變壓器
控制模塊