電子工程師必看!五大開關(guān)電源EMI抑制策略

電源開關(guān)因具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、作業(yè)穩(wěn) 定、安全可靠以及穩(wěn)壓規(guī)模寬等長處,而被廣泛應(yīng)用于計算機、通訊、電子儀器、工業(yè)自動操控、國防及家用電器等范疇。可是開關(guān)電源瞬態(tài)呼應(yīng)較差、易發(fā)生電磁 攪擾,且EMI信號占有很寬的頻率規(guī)模,并具有必定的起伏。這些EMI信號經(jīng)過傳導(dǎo)和輻射辦法污染電磁環(huán)境,對通訊設(shè)備和電子儀器造成攪擾,因而在必定程 度上約束了開關(guān)電源的運用。而開關(guān)電源中的攪擾源首要會集在電壓、電流改變大,如開關(guān)管、二極管、高頻變壓器等元件,以及溝通輸人、整流輸出電路有些。接下來就說下按捺開關(guān)電源電磁攪擾的五大辦法了↓
  選用溝通輸入EMI濾波器
  通常攪擾電流在導(dǎo)線上傳輸時有兩種辦法:共模辦法和差模辦法。共模攪擾是載流體與大地之間的攪擾:攪擾巨細和方向共同,存在于電源任何一相對大地、或中線 對大地間,首要是由du/dt發(fā)生的,di/dt也發(fā)生必定的共模攪擾。而差模攪擾是載流體之間的攪擾:攪擾巨細持平、方向相反,存在于電源相線與中線及 相線與相線之間。攪擾電流在導(dǎo)線上傳輸時既能夠共模辦法出現(xiàn),也能夠差模辦法出現(xiàn);但共模攪擾電流只有變成差模攪擾電流后,才能對有用信號構(gòu)成攪擾。
  溝通電源輸人線上存在以上兩種攪擾,通常為低頻段差模攪擾和高頻段共模攪擾。在通常情況下差模攪擾起伏小、頻率低、造成的攪擾小;共模攪擾起伏大、頻率高, 還能夠經(jīng)過導(dǎo)線發(fā)生輻射,造成的攪擾較大。若在溝通電源輸人端選用恰當(dāng)?shù)腅MI濾波器,則可有效地按捺電磁攪擾。電源線EMI濾波器根本原理如圖1所示, 其間差模電容C1、C2用來短路差模攪擾電流,而中心連線接地電容C3、C4則用來短路共模攪擾電流。共模扼流圈是由兩股等粗而且按同方向繞制在一個磁芯 上的線圈組成。假如兩個線圈之間的磁藕合十分嚴密,那么漏感就會很小,在電源線頻率規(guī)模內(nèi)差模電抗將會變得很小;當(dāng)負載電流流過共模扼流圈時,串聯(lián)在相線上的線圈所發(fā)生的磁力線和串聯(lián)在中線上線圈所發(fā)生的磁力線方向相反,它們在磁芯中彼此抵消。 因而即便在大負載電流的情況下,磁芯也不會飽滿。而對于共模攪擾電流,兩個線圈發(fā)生的磁場是同方向的,會出現(xiàn)較大電感,然后起到衰減共模攪擾信號的效果。 這兒共模扼流圈要選用導(dǎo)磁率高、頻率特性較佳的鐵氧體磁性材料。

 

  使用吸收回路改進開關(guān)波形
  開關(guān)管或 二極管在注冊和關(guān)斷進程中,因為存在變壓器漏感和線路電感,二極管存儲電容和散布電容,簡單在開關(guān)管集電極、發(fā)射極兩頭和二極管上發(fā)生尖峰電壓。通常情況下選用RC/RCD吸收回路,RCD浪涌電壓吸收回路
  當(dāng)吸收回路上的電壓超越必定起伏時,各器材迅速導(dǎo)通,然后將浪涌能量泄放掉,一起將浪涌電壓約束在必定的起伏。在開關(guān)管集電極和輸出二極管的正極引線上串接 可飽滿磁芯線圈或微晶磁珠,原料通常為鈷(Co),當(dāng)經(jīng)過正常電流時磁芯飽滿,電感量很小。一旦電流要反向流過期,它將發(fā)生很大的反電勢,這么就能有效地 按捺二極管VD的反向浪涌電流。
  使用開關(guān)頻率調(diào)制技能 

  頻率操控技能是依據(jù)開關(guān)攪擾的能量首要會集在特定的頻率上,并具有較大的頻譜峰值。假如能將這些能量渙散在較寬的頻帶上,則能夠達到下降于擾頻譜峰值的意圖。通常有兩種處理辦法:隨機頻率法和調(diào)制頻率法。
  隨機頻率法是在電路開關(guān)距離中加人一個隨機擾動重量,使開關(guān)攪擾能量渙散在必定規(guī)模的頻帶中。研究標明,開關(guān)攪擾頻譜由原來離散的尖峰脈沖攪擾變成接連散布攪擾,其峰值大大下降。
  調(diào)制頻率法是在鋸齒波中加人調(diào)制波(白噪聲),在發(fā)生攪擾的離散頻段周圍構(gòu)成邊頻帶,將攪擾的離散頻帶調(diào)制展開成一個散布頻帶。這么,攪擾能量就渙散到這些散布頻段上。在不影響變換器作業(yè)特性的情況下,這種操控辦法能夠極好地按捺注冊、關(guān)斷時的攪擾。
  選用軟開關(guān)技能開關(guān)電源的攪擾之一是來自功率開關(guān)管通/斷時的du/dt,因而,減小功率開關(guān)管通/斷的du/dt是按捺開關(guān)電源攪擾的一項重要辦法。而軟開關(guān)技能能夠減小開關(guān)管通/斷的du/dt。
  假如在開關(guān)電路的基礎(chǔ)上增加一個很小的電感、電容等諧振元件就構(gòu)成輔佐網(wǎng)絡(luò)。在開關(guān)進程前后引人諧振進程,使開關(guān)注冊前電壓先降為零,這么就能夠消除開經(jīng)進程中電壓、電流堆疊的現(xiàn)象,下降、甚至消除開關(guān)損耗和攪擾,這種電路稱為軟開關(guān)電路。
  依據(jù)上述原理能夠選用兩種辦法,即在開關(guān)關(guān)斷前使其電流為零,則開關(guān)關(guān)斷時就不會發(fā)生損耗和攪擾,這種關(guān)斷辦法稱為零電流關(guān)斷;或在開關(guān)注冊前使其電壓為 零,則開關(guān)注冊時也不會發(fā)生損耗和攪擾,這種注冊辦法稱為零電壓注冊。在許多情況下,不再指出注冊或關(guān)斷,僅稱零電流開關(guān)和零電壓開關(guān),根本電路如圖3和圖4所示。

  通常選用軟開關(guān)電路操控技能,聯(lián)系合理的元器材布局及印制電路板布線、接地技能,對開關(guān)電源的EMI攪擾具有必定的改進效果。選用電磁屏蔽辦法通常選用電磁屏蔽辦法都能有效地按捺開關(guān)電源的電磁輻射攪擾。開關(guān)電源的屏蔽辦法首要是對于開關(guān)管和高頻變壓器而言。開關(guān)管作業(yè)時發(fā)生很多的熱量,需求給 它裝散熱片,然后使開關(guān)管的集電極與散熱片間發(fā)生較大的散布電容。因而,在開關(guān)管的集電極與散熱片間放置絕緣屏蔽金屬層,而且散熱片接機殼地,金屬層接到 熱端零電位,減小集電極與散熱片間藕合電容,然后減小散熱片發(fā)生的輻射攪擾。
  對于高頻變壓器,首要應(yīng)依據(jù)導(dǎo)磁體屏蔽性質(zhì)來挑選導(dǎo)磁體構(gòu)造,如用罐型鐵芯和 El型鐵芯,則導(dǎo)磁體的屏蔽效果極好。變壓器外加屏蔽時,屏蔽盒不該緊貼在變壓器外面,應(yīng)留有必定的氣隙。如選用有氣隙的多層屏蔽物時,所得的屏蔽效果會 非常好。別的,在高頻變壓器中,常常需求消除初、次級線圈間的散布電容,可沿著線圈的全長,在線圈間墊上銅箔制成的開路帶環(huán),以減小它們之間的禍合,這個開 路帶環(huán)既與變壓器的鐵芯銜接,又與電源的地銜接,起到靜電屏蔽效果。假如條件答應(yīng),對全部開關(guān)電源加裝屏蔽罩,那樣就會非常好地按捺輻射攪擾。
  結(jié)束語
  跟著開關(guān)電源的體積越來越小、功率密度越來越大,EMI操控問題成為開關(guān)電源穩(wěn)定性的一個關(guān)鍵因素。由上述剖析可知,選用EMI濾波技能、屏蔽技能、密封 技能及接地技能等,能夠有效地按捺、消除攪擾源及受擾設(shè)備之間的禍合和輻射,堵截電磁攪擾的傳達路徑,然后進步開關(guān)電源的電磁兼容性。


【上一個】 開關(guān)電源電磁干擾機理與抑制措施 【下一個】 由系統(tǒng)電源可靠性引發(fā)的思考


 ^ 電子工程師必看!五大開關(guān)電源EMI抑制策略