《電子技術(shù)應(yīng)用》
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教你如何通俗理解開關(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)計的時候,,如何減小EMI。
Abstract:
Key words :

 先簡單介紹一下下EMI:EMI翻譯成中文就是電磁干擾,。其實所有的電器設(shè)備,都會有電磁干擾,。只不過嚴(yán)重程度各有不同,。電磁干擾會影響各種電器設(shè)備的正常工作,會干擾通信數(shù)據(jù)的正常傳遞,,雖然對人體的傷害尚無定論,,但是普遍認(rèn)為對人體不利,。所以很多國家和地區(qū)對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)來描述EMI.

首先EMI 有三個基本面

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.增強抵抗力,這個就是所謂的EMC(電磁兼容)

解釋以下名詞:

傳導(dǎo)干擾:也就是噪音通過導(dǎo)線傳遞的方式,。

輻射干擾:也就是噪音通過空間輻射的方式傳遞,。

差模干擾:由于電路中的自身電勢差,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差,,電流所產(chǎn)生的干擾,。

通常我們?nèi)嶒炇覝y試的項目:

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

輻射發(fā)射:測試你的電源通過輻射發(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,。

首先來看,噪音的源頭:

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

所以在測試干擾的時候,需要測試各種頻率下的噪音強度,。

那么在開關(guān)電源中,,這些噪音的來源是什么呢?

 開關(guān)電源中,,由于開關(guān)器件在周期性的開合,,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,。那么有人可能會問,我的開關(guān)頻率是100KHz的,,但是為什么測試出來的噪音,,從幾百K到幾百M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,。

也就是說如果電流或者電壓波形,是非正弦波的信號,,都能分解出高次諧波,。

那么如果同樣的方波,但是上升下降時間不同,,會怎樣呢,。

同樣是100KHz的方波

 紅色:上升下降時間都為100ns

綠色:上升下降時間都為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。

再來看,,下面的波形,,一個是具有導(dǎo)通尖峰的電流波形,一個沒有導(dǎo)通尖峰,。

 對兩個波形做傅立葉分析:

 可以看到紅色波形的高次諧波,要大于綠色波形,,繼續(xù)對兩個波形,,作分析

紅色: 固定頻率的信號,綠色:具有稍微頻率抖動的信號


可以看到,,頻率抖動,,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,,所以峰值比較高,,容易超標(biāo)。

最后稍微總結(jié)一下,,如果從源頭來抑制EMI,。

1.對于開關(guān)頻率的選擇,比如傳導(dǎo)測試150K-30M,那么在條件容許的情況下,,可選擇130K之類的開關(guān)頻率,,這樣基波頻率可以避開測試。

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

3.適當(dāng)降低開關(guān)速度,,降低開關(guān)速度,,可以降低開關(guān)時刻的di/dt,dv/dt。對高頻段的EMI有好處,。

4.采用軟開關(guān)技術(shù),,比如PSFB,AHB之類的ZVS可以降低開關(guān)時刻的di/dt,dv/dt,。對高頻段的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.對一些振蕩尖峰做吸收,這些管子上的振蕩,,往往頻率很高,,會發(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,,不但會帶來高di/dt.還會和漏感等寄生電感共同造成高的dv/dt.

但事實上,,開關(guān)電源是EMI發(fā)射源無法根本解決。而且一些從源頭抑制EMI的方法同時會降低效率,,所以從傳播途徑來抑制EMI顯得尤為重要,。

下面來看一下傳播途徑,這個是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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