《電子技術(shù)應(yīng)用》
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教你如何通俗理解開(kāi)關(guān)電源EMI
摘要: 本文我將和大家分享如何通俗易懂理解EMI,,以及在設(shè)計(jì)的時(shí)候,如何減小EMI。
Abstract:
Key words :

 先簡(jiǎn)單介紹一下下EMI:EMI翻譯成中文就是電磁干擾,。其實(shí)所有的電器設(shè)備,,都會(huì)有電磁干擾,。只不過(guò)嚴(yán)重程度各有不同,。電磁干擾會(huì)影響各種電器設(shè)備的正常工作,會(huì)干擾通信數(shù)據(jù)的正常傳遞,,雖然對(duì)人體的傷害尚無(wú)定論,,但是普遍認(rèn)為對(duì)人體不利。所以很多國(guó)家和地區(qū)對(duì)電器的電磁干擾程度有嚴(yán)格的規(guī)定,。當(dāng)然電源也不例外的,,所以我們有理由好好了解EMI以及其抑制方法。

下面結(jié)合一些專家的文獻(xiàn)來(lái)描述EMI.

首先EMI 有三個(gè)基本面

噪音源:發(fā)射干擾的源頭,, 如同傳染病的傳染源

耦合途徑:傳播干擾的載體,,如同傳染病傳播的載體,食物,,水,,空氣.......

接收器:被干擾的對(duì)象,被傳染的人,。

缺少一樣,,電磁干擾就不成立了,。所以,降低電磁干擾的危害,,也有三種辦法:

1. 從源頭抑制干擾,。

2.切斷傳播途徑

3.增強(qiáng)抵抗力,這個(gè)就是所謂的EMC(電磁兼容)

解釋以下名詞:

傳導(dǎo)干擾:也就是噪音通過(guò)導(dǎo)線傳遞的方式,。

輻射干擾:也就是噪音通過(guò)空間輻射的方式傳遞,。

差模干擾:由于電路中的自身電勢(shì)差,,電流所產(chǎn)成的干擾,,比如火線和零線,正極和負(fù)極,。

共模干擾:由于電路和大地之間的電勢(shì)差,,電流所產(chǎn)生的干擾。

通常我們?nèi)?shí)驗(yàn)室測(cè)試的項(xiàng)目:

傳導(dǎo)發(fā)射:測(cè)試你的電源通過(guò)傳導(dǎo)發(fā)射出去的干擾是否合格,。

輻射發(fā)射:測(cè)試你的電源通過(guò)輻射發(fā)射出去的干擾是否合格,。

傳導(dǎo)抗擾:在具有傳導(dǎo)干擾的環(huán)境中,你的電源能否正常工作,。

輻射抗擾:在具有輻射干擾的環(huán)境中,,你的電源能否正常工作。

首先來(lái)看,,噪音的源頭:

任何周期性的電壓和電流都能通過(guò)傅立葉分解的方法,,分解為各種頻率的正弦波。

所以在測(cè)試干擾的時(shí)候,,需要測(cè)試各種頻率下的噪音強(qiáng)度,。

那么在開(kāi)關(guān)電源中,這些噪音的來(lái)源是什么呢,?

 開(kāi)關(guān)電源中,,由于開(kāi)關(guān)器件在周期性的開(kāi)合,所以,,電路中的電流和電壓也是周期性的在變化,。那么那些變化的電流和電壓,就是噪音的真正源頭,。那么有人可能會(huì)問(wèn),,我的開(kāi)關(guān)頻率是100KHz的,但是為什么測(cè)試出來(lái)的噪音,,從幾百K到幾百M(fèi)都有呢,?

我們把同等有效值,同等頻率的各種波形做快速傅立葉分析:

 藍(lán)色: 正弦波

綠色:  三角波

紅色: 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諧波,,諧波最大的是方波。

也就是說(shuō)如果電流或者電壓波形,,是非正弦波的信號(hào),,都能分解出高次諧波。

那么如果同樣的方波,,但是上升下降時(shí)間不同,,會(huì)怎樣呢。

同樣是100KHz的方波

 紅色:上升下降時(shí)間都為100ns

綠色:上升下降時(shí)間都為500ns

可以看到紅色的高次諧波明顯大于綠色,。

我們繼續(xù)分析下面兩種波形,,

A: 有嚴(yán)重高頻震蕩的方波, 比如MOS,,二極管上的電壓波形,。

B:用吸收電路,把方波的高頻振蕩吸收一下,。

分別做快速傅立葉分析:

可以看到在振蕩頻率(大概30M)之后,,A波形的諧波,要大于B波形,。

再來(lái)看,,下面的波形,一個(gè)是具有導(dǎo)通尖峰的電流波形,,一個(gè)沒(méi)有導(dǎo)通尖峰,。

 對(duì)兩個(gè)波形做傅立葉分析:

 可以看到紅色波形的高次諧波,要大于綠色波形,,繼續(xù)對(duì)兩個(gè)波形,,作分析

紅色: 固定頻率的信號(hào),綠色:具有稍微頻率抖動(dòng)的信號(hào)


可以看到,,頻率抖動(dòng),,可以降低低頻段能量。進(jìn)一步,,放大低頻段的頻譜能量:

 可以看到,,頻率抖動(dòng)就是把頻譜能量分散了,而固定頻率的頻譜能量,,集中在基波的諧波頻率點(diǎn),,所以峰值比較高,容易超標(biāo),。

最后稍微總結(jié)一下,,如果從源頭來(lái)抑制EMI。

1.對(duì)于開(kāi)關(guān)頻率的選擇,,比如傳導(dǎo)測(cè)試150K-30M,那么在條件容許的情況下,,可選擇130K之類(lèi)的開(kāi)關(guān)頻率,,這樣基波頻率可以避開(kāi)測(cè)試。

2.采用頻率抖動(dòng)的技術(shù),。頻率抖動(dòng)可以分散能量,,對(duì)低頻段的EMI有好處。

3.適當(dāng)降低開(kāi)關(guān)速度,,降低開(kāi)關(guān)速度,,可以降低開(kāi)關(guān)時(shí)刻的di/dt,dv/dt。對(duì)高頻段的EMI有好處,。

4.采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù),,比如PSFB,AHB之類(lèi)的ZVS可以降低開(kāi)關(guān)時(shí)刻的di/dt,dv/dt,。對(duì)高頻段的EMI有好處,。而LLC等諧振技術(shù),可以讓一些波形變成正弦波,,進(jìn)一步降低EMI。

5.對(duì)一些振蕩尖峰做吸收,,這些管子上的振蕩,,往往頻率很高,會(huì)發(fā)射很大的EMI.

6.采用反向恢復(fù)好的二極管,,二極管的反向恢復(fù)電流,,不但會(huì)帶來(lái)高di/dt.還會(huì)和漏感等寄生電感共同造成高的dv/dt.

但事實(shí)上,開(kāi)關(guān)電源是EMI發(fā)射源無(wú)法根本解決,。而且一些從源頭抑制EMI的方法同時(shí)會(huì)降低效率,,所以從傳播途徑來(lái)抑制EMI顯得尤為重要。

下面來(lái)看一下傳播途徑,,這個(gè)是poon & Pong 兩位教授總結(jié)的傳播途徑,,比較的直觀全面 。 


 

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