開關電源電磁干擾源分析
一、引言原文位置
電(dian)磁(ci)兼容性(EMC)是指(zhi)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)(bei)或系統在規(gui)定(ding)的電(dian)磁(ci)環境電(dian)平下不(bu)因(yin)電(dian)磁(ci)干(gan)擾(rao)而降低性能指(zhi)標，同時(shi)它們本身產生(sheng)的電(dian)磁(ci)輻射不(bu)大于(yu)規(gui)定(ding)的極限電(dian)平，不(bu)影(ying)響其(qi)它電(dian)子(zi)設(she)備(bei)(bei)或系統的正常(chang)運行，并達到設(she)備(bei)(bei)與(yu)設(she)備(bei)(bei)、系統與(yu)系統之間互不(bu)干(gan)擾(rao)、共同可靠地工作(zuo)的目的。
原文位置
世界各國(guo)(guo)都相應制(zhi)定了自己的(de)EMC標(biao)準。比如國(guo)(guo)際(ji)電(dian)工委員會(hui)的(de)1EC61000及(C1SPR系(xi)列標(biao)準、歐(ou)洲共(gong)同體的(de)FN系(xi)列標(biao)準、美(mei)國(guo)(guo)聯邦通(tong)信委的(de)FCC系(xi)列標(biao)準和我國(guo)(guo)現(xian)行的(de)GT3/T13926系(xi)列EMC標(biao)準等。隨著國(guo)(guo)際(ji)電(dian)磁(ci)兼容法(fa)規的(de)日益嚴格，產品的(de)電(dian)磁(ci)兼容性能越來越受到重視。
原文位置
開關電源作為一種電源設備，其應用越來越廣泛。隨著電力電子器件的不斷更新換代，開關電源的(de)開關(guan)頻率及開關(guan)速(su)(su)度不斷提高(gao)，但開關(guan)的(de)快速(su)(su)通斷，引起電(dian)壓和(he)(he)電(dian)流的(de)快速(su)(su)變化(hua)。這些瞬變的(de)電(dian)壓和(he)(he)電(dian)流，通過(guo)電(dian)源(yuan)線(xian)路、寄生參數和(he)(he)雜散的(de)電(dian)磁(ci)場耦合(he)，會產(chan)生大量的(de)電(dian)磁(ci)干擾。
原文位置
二、開關電源的干擾源分析
原文位置
開關電源產生的電磁干擾(EMI)，按耦合通道來分，可分為傳導干擾和輻射干擾;按噪聲干擾源種類來分可分為尖峰干擾和諧波干擾。開關電源在(zai)工(gong)作過程中所產生的浪涌電(dian)流和(he)尖(jian)峰電(dian)壓(ya)就形成了干擾(rao)源，工(gong)頻整(zheng)流濾波(bo)使(shi)用的大電(dian)容充電(dian)放(fang)電(dian)、開關管高頻工(gong)作時的電(dian)壓(ya)切換以及(ji)輸出整(zheng)流二(er)極管的反向恢復電(dian)流都是這(zhe)類干擾(rao)源。
原文位置
三、電磁干(gan)擾(rao)的抑(yi)制措施
原文位置
電磁干擾由三個基本要素組合而產生：電磁干擾源;對該干擾能量敏感的設備;將電磁干擾源傳輸到敏感設備的媒介即傳輸通道或藕合途徑。對開關電源產(chan)生的電磁干(gan)擾(rao)所(suo)采取的抑(yi)制(zhi)措(cuo)施，主要從兩個(ge)方而考慮：一是減小干(gan)擾(rao)源(yuan)的干(gan)擾(rao)強(qiang)度;一是切(qie)斷干(gan)擾(rao)傳播(bo)途徑。
原文位置
常用的(de)抗干擾措施包括(kuo)電路的(de)隔離、屏蔽、接地、加裝EMI濾波器以及PCB板的(de)合理布局(ju)與布線。
原文位置
1.電路的隔離
原文位置
在開關電源中，電路的隔離主要有：模擬電路的隔離、數字電路的隔離、數字電路與模擬電路之間的隔離。主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷，從而達到抑制噪聲干擾的效果。對于開關電源的(de)模擬信號(hao)控制系統的(de)隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)，交流信號(hao)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)，直流信號(hao)一(yi)般(ban)采(cai)用(yong)線(xian)性隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)器(qi)(如線(xian)性光電(dian)耦(ou)(ou)(ou)器(qi))隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)。數字(zi)電(dian)路的(de)隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)主要有:脈沖(chong)變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)、光電(dian)耦(ou)(ou)(ou)合器(qi)隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)等(deng)。其中數字(zi)量輸入隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)方(fang)式(shi)主要采(cai)用(yong)脈沖(chong)變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)、光電(dian)耦(ou)(ou)(ou)合器(qi)隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li);而數字(zi)量輸出隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)方(fang)式(shi)主要采(cai)用(yong)光電(dian)耦(ou)(ou)(ou)合器(qi)隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)、高頻變(bian)(bian)壓(ya)器(qi)隔(ge)(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)(li)(li)。
原文位置
2. 屏蔽
原文位置
屏蔽一般分為兩類，一類是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響;另一類是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場、交變磁場以及交變電磁場的影響。屏蔽是抑制開關電源輻射干擾(rao)的(de)有效(xiao)方法(fa)。可以用導電良好(hao)的(de)材料對(dui)(dui)電場屏(ping)蔽，而用導磁(ci)率高的(de)材料對(dui)(dui)磁(ci)場屏(ping)蔽。
原文位置
3.接地
原文位置
為防止各種(zhong)電路在(zai)工作(zuo)中產生(sheng)互(hu)相(xiang)干(gan)擾，使之能相(xiang)互(hu)兼容地(di)(di)(di)工作(zuo)，根據(ju)電路的性(xing)質(zhi)，將工作(zuo)接(jie)地(di)(di)(di)分(fen)為不同的種(zhong)類。比如(ru)直(zhi)流地(di)(di)(di)、交流地(di)(di)(di)、數字地(di)(di)(di)、模擬地(di)(di)(di)、信號地(di)(di)(di)、功率(lv)地(di)(di)(di)、電源地(di)(di)(di)等(deng)。在(zai)電路的設計中，應將交流電源地(di)(di)(di)與(yu)直(zhi)流電源地(di)(di)(di)分(fen)開(kai)，模擬電路與(yu)數字電路的電源地(di)(di)(di)分(fen)開(kai)，功率(lv)地(di)(di)(di)與(yu)弱電地(di)(di)(di)分(fen)開(kai)。
原文位置
4.加裝EMI濾波(bo)器
原文位置
電源濾波器安裝在電源線與電子設備之間，用于抑制電源線引出的傳導干擾，又可以降低從電網引入的傳導干擾，對提高設備的可靠性有重要的作用。開關電源產生的電磁干擾以傳導干擾為主，而傳導干擾又分差模騷擾和共模干擾兩種。構成開關電源EMI濾波器的基本網絡如圖1所示。該濾波器由共模扼流圈L、差模電容Cx和共模電容Cy組成。共模扼流圈L由兩個繞在同一個高磁導率磁芯上的繞組構成，其結構使差模電流產生的磁通相互抵消。這種結構以較小體積獲得較大的電感值，并且不用擔心由于工作電流導致飽和。每個繞組與電容Cy分別組成L-E和N-E兩對獨立端口的低通濾波器，形成共模濾波網絡，用來抑制電源線上存在的共模干擾。至于共模扼流圈L、差模電容Cx和共模電容Cy的取值大小，應盡量做到濾波器的諧振頻率低于開關電源的(de)工作頻率(lv)，這(zhe)樣可(ke)以實現對整個(ge)頻段(duan)的(de)濾波。
圖1 開關電源EMI濾波器
原文位置
5.PCB板的合理布(bu)局與布(bu)線
原文位置
開關電源的輻射干擾與電流通路中的電流大小，通路的環路面積，以及電流頻率的平方等三者的乘積成正比，即輻射干擾E∝I·A·f 2。運用這一關系的前提是通路尺寸遠小于頻率的波長。上述關系式表明減小通路面積是減小輻射騷擾的關鍵，這是說開關電源的元器件要彼此緊密排列。在初級電(dian)(dian)路中，要求(qiu)輸入端(duan)(duan)電(dian)(dian)容(rong)、晶體(ti)管和(he)變(bian)壓器彼此靠(kao)近，且布線緊湊;在次級電(dian)(dian)路中，要求(qiu)二(er)極管、變(bian)壓器和(he)輸出端(duan)(duan)電(dian)(dian)容(rong)彼此貼近。在印(yin)制(zhi)板(ban)上，將正(zheng)負(fu)載流(liu)導線分別布在印(yin)制(zhi)板(ban)的兩面，并(bing)設法(fa)使兩個載流(liu)導體(ti)彼此間保持(chi)平行(xing)，因為(wei)平行(xing)緊靠(kao)的正(zheng)負(fu)載流(liu)導體(ti)所產生的外(wai)部磁場是(shi)趨向(xiang)于相互抵消的。
原文位置
四、結束語
原文位置
要提高開關頻率，提高開關電源產品的質量，電磁兼容性是不容忽視的問題。產生開關電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作。只有在設計時充分考慮電磁兼容問題，才能使開關電源得到更普遍的應用。
電壓就形成了干擾源，工頻(pin)整(zheng)流濾波使(shi)用的大電容(rong)充電放電、開(kai)關(guan)管高頻(pin)工作(zuo)時的電壓切換以及輸(shu)出整(zheng)流二(er)極管的反向恢(hui)復電流都是這類干擾源。
原文位置
三、電磁干擾的抑制措施
原文位置
電磁干擾由三個基本要素組合而產生：電磁干擾源;對該干擾能量敏感的設備;將電磁干擾源傳輸到敏感設備的媒介即傳輸通道或藕合途徑。對開關電源產生的電磁干擾(rao)所采(cai)取的抑制措(cuo)施，主要從兩個方而考慮：一是(shi)減小干擾(rao)源(yuan)的干擾(rao)強度;一是(shi)切斷干擾(rao)傳播途徑(jing)。
原文位置
常用的(de)抗(kang)干(gan)擾措(cuo)施包括(kuo)電路的(de)隔離、屏蔽、接地、加(jia)裝EMI濾波器以及PCB板的(de)合理布局與布線。
原文位置
1.電路的隔離
原文位置
在開關電源中，電路的隔離主要有：模擬電路的隔離、數字電路的隔離、數字電路與模擬電路之間的隔離。主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷，從而達到抑制噪聲干擾的效果。對于開關電源的(de)模(mo)擬(ni)信號控制系統(tong)的(de)隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)，交流(liu)信號一般采用(yong)變壓(ya)(ya)器(qi)隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)，直流(liu)信號一般采用(yong)線(xian)性隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)器(qi)(如線(xian)性光(guang)電(dian)耦器(qi))隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)。數(shu)字電(dian)路的(de)隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)主(zhu)(zhu)要(yao)有:脈沖(chong)變壓(ya)(ya)器(qi)隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)、光(guang)電(dian)耦合器(qi)隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)等(deng)。其中數(shu)字量輸入隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)方式主(zhu)(zhu)要(yao)采用(yong)脈沖(chong)變壓(ya)(ya)器(qi)隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)、光(guang)電(dian)耦合器(qi)隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li);而(er)數(shu)字量輸出隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)方式主(zhu)(zhu)要(yao)采用(yong)光(guang)電(dian)耦合器(qi)隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)、高頻變壓(ya)(ya)器(qi)隔(ge)(ge)離(li)(li)(li)(li)。
原文位置
2. 屏蔽
原文位置
屏蔽一般分為兩類，一類是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響;另一類是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場、交變磁場以及交變電磁場的影響。屏蔽是抑制開關電源輻射干擾(rao)的(de)有(you)效方法(fa)。可以用(yong)導電良好的(de)材料(liao)對電場屏蔽，而(er)用(yong)導磁率高的(de)材料(liao)對磁場屏蔽。
原文位置
3.接地
原文位置
為(wei)防止各種電(dian)(dian)(dian)路在工作中產生互相(xiang)干(gan)擾，使之(zhi)能(neng)相(xiang)互兼容地(di)工作，根據電(dian)(dian)(dian)路的性質，將(jiang)工作接(jie)地(di)分為(wei)不同的種類(lei)。比如直(zhi)流地(di)、交流地(di)、數字地(di)、模擬地(di)、信號(hao)地(di)、功率地(di)、電(dian)(dian)(dian)源(yuan)地(di)等。在電(dian)(dian)(dian)路的設計中，應將(jiang)交流電(dian)(dian)(dian)源(yuan)地(di)與直(zhi)流電(dian)(dian)(dian)源(yuan)地(di)分開(kai)，模擬電(dian)(dian)(dian)路與數字電(dian)(dian)(dian)路的電(dian)(dian)(dian)源(yuan)地(di)分開(kai)，功率地(di)與弱電(dian)(dian)(dian)地(di)分開(kai)。
原文位置
4.加裝EMI濾波(bo)器
原文位置
電源濾波器安裝在電源線與電子設備之間，用于抑制電源線引出的傳導干擾，又可以降低從電網引入的傳導干擾，對提高設備的可靠性有重要的作用。開關電源產生的電磁干擾以傳導干擾為主，而傳導干擾又分差模騷擾和共模干擾兩種。構成開關電源EMI濾波器的基本網絡如圖1所示。該濾波器由共模扼流圈L、差模電容Cx和共模電容Cy組成。共模扼流圈L由兩個繞在同一個高磁導率磁芯上的繞組構成，其結構使差模電流產生的磁通相互抵消。這種結構以較小體積獲得較大的電感值，并且不用擔心由于工作電流導致飽和。每個繞組與電容Cy分別組成L-E和N-E兩對獨立端口的低通濾波器，形成共模濾波網絡，用來抑制電源線上存在的共模干擾。至于共模扼流圈L、差模電容Cx和共模電容Cy的取值大小，應盡量做到濾波器的諧振頻率低于開關電源的工作頻率，這樣可以實現對整個頻段的濾波。
| 【上一個】 開關電源設計的噪聲降低法 | 【下一個】 開關電源電路中拓撲電感的Saber仿真輔助設計 |
| ^ 開關電源電磁干擾源分析 |