《電子技術(shù)應(yīng)用》
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開關(guān)電源EMC產(chǎn)生機理及其對策
摘要: EMI可分為傳導(dǎo)Conduction及輻射Radiation兩部分,,Conduction規(guī)范一般可分為: FCC Part 15J Class B;CISPR 22(EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3) Class B;國標IT類(GB9254,GB17625)和AV類(GB13837,GB17625),。FCC測試頻率在450K-30MHz,CISPR 22測試頻率在150K--30MHz,Conduction可以用頻譜分析儀測試,,Radiation則必須到專門的實驗室測試。
Abstract:
Key words :

EMI可分為傳導(dǎo)Conduction及輻射Radiation兩部分,,Conduction規(guī)范一般可分為: FCC Part 15J Class B,;CISPR 22(EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3) Class B;國標IT類(GB9254,GB17625)和AV類(GB13837,,GB17625),。FCC測試頻率在450K-30MHz,CISPR 22測試頻率在150K--30MHz,,Conduction可以用頻譜分析儀測試,,Radiation則必須到專門的實驗室測試。

EN55022為Radiation Test & Conduction Test (傳導(dǎo) & 輻射測試),; EN61000-3-2為Harmonic Test (電源諧波測試) ,;EN61000-3-3為Flicker Test (電壓變動測試)。

CISPR22(Comite Special des Purturbations Radioelectrique)應(yīng)用于信息技術(shù)類裝置, 適用于歐洲和亞洲地區(qū),;EN55022為歐洲標準,,F(xiàn)CC Part 15 (Federal Communications Commission) 適用于美國,EN30220歐洲EMI測試標準,,功率輻射測試標準是EN55013頻率在30MHZ-300MHz,。

EN55011輻射測試標準是:有的頻率段要求較高,有的頻率段要求較低,。傳導(dǎo) (150KHZ-30MHZ) LISN主要是差模電流, 其共模阻抗為100歐姆(50 + 50); LISN主要是共模電流, 其總的電路阻抗為25歐姆(50 // 50),。

4線       AV        60dB/uV         150KHZ-2MHZ         start  9KHZ

5線             PEAK               100dB/uV            150KHZ-3MHZ

6線             PEAK               100dB/uV            2MHZ-30MHZ

7線             QP                 70dB/uV             150KHZ-500KHZ

Radiated (30MHZ-1GHZ): ADD 4N7/250V Y CAP          90dB/uV       30MHZ-300MHZ

EMI為電磁干擾,EMI是EMC其中的一部分,,EMI(Electronic Magnetic Interference) 電磁干擾,, EMI包括傳導(dǎo)、輻射,、電流諧波,、電壓閃爍等等。電磁干擾是由干擾源,、藕合通道和接收器三部分構(gòu)成的,,通常稱作干擾的三要素。 EMI線性正比于電流,,電流回路面積以及頻率的平方即:EMI = K*I*S*F2,。I是電流,S是回路面積,,F(xiàn)是頻率,,K是與電路板材料和其他因素有關(guān)的一個常數(shù)。

EMI是指產(chǎn)品的對外電磁干擾,。一般情況下分為 Class A & Class B 兩個等級,。 Class A為工業(yè)等級,Class B 為民用等級 ,。民用的要比工業(yè)的嚴格,,因為工業(yè)用的允許輻射稍微大一點,。同樣產(chǎn)品在測試EMI中的輻射測試來講,在30-230MHz下,,B類要求產(chǎn)品的輻射限值不能超過40dBm 而A類要求不能超過50dBm(以三米法電波暗室測量為例)相對要寬松的多,,一般來說CLASS A是指在EMI測試條件下,無需操作人員介入,,設(shè)備能按預(yù)期持續(xù)正常工作,,不允許出現(xiàn)低于規(guī)定的性能等級的性能降低或功能損失。

EMI是設(shè)備正常工作時測它的輻射和傳導(dǎo),。在測試的時候,,EMI的輻射和傳導(dǎo)在接收機上有兩個上限,分別代表Class A和Class B,,如果觀察的波形超過B的線但是低于A的線,,那么產(chǎn)品就是A類的。EMS是用測試設(shè)備對產(chǎn)品干擾,,觀察產(chǎn)品在干擾下能否正常工作,,如果正常工作或不出現(xiàn)超過標準規(guī)定的性能下降,為A級,。能自動重啟且重啟后不出現(xiàn)超過標準規(guī)定的性能下降,,為B級。不能自動重啟需人為重啟為C級,,掛掉為D級,。國標有D級的規(guī)定,EN只有A,,B,,C。EMI在工作頻率的奇數(shù)倍是最不好過的,。

EMS(Electmmagnetic Suseeptibilkr) 電磁敏感度一般俗稱為 “電磁免疫力”, 是設(shè)備抗外界騷擾干擾之能力,EMI是設(shè)備對外的騷擾,。

EMS中的等級是指:Class A,,測試完成后設(shè)備仍在正常工作;Class B,,測試完成或測試中需要重啟后可以正常工作,;Class C,需要人為調(diào)整后可以正常重啟并正常工作,;Class D,,設(shè)備已損壞,無論怎樣調(diào)整也無法啟動,。嚴格程度EMI是B>A,,EMS是A>B>C>D,。

電磁兼容三要素:任何電磁兼容性問題都包含三個要素,即干擾源,、敏感源和耦合路徑,,這三個要素中缺少一個,電磁兼容問題就不會存在,。

產(chǎn)生電磁干擾的條件: 突然變化的電壓或電流,,即dV/dt或dI/dt很大;輻射天線或傳導(dǎo)導(dǎo)體,。

電磁兼容標準對設(shè)備的要求有兩個方面:一個是工作時不會對外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響,,另一個是不能對外界的電磁干擾過度敏感。前一個方面的要求稱為干擾發(fā)射要求,,后一個方面的要求稱為敏感度要求,。

電磁能量從設(shè)備內(nèi)傳出或從外界傳入設(shè)備的途徑只有兩個,一個是以電磁波的形式從空間傳播,,另一個是以電流的形式沿導(dǎo)線傳播,。因此,電磁干擾發(fā)射可以分為:傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射,;敏感度也可以分為傳導(dǎo)敏感度和輻射敏感度,。

電磁兼容標準分為基礎(chǔ)標準、通用標準,、產(chǎn)品類標準和專用產(chǎn)品標準,。

基礎(chǔ)標準:描述了EMC現(xiàn)象、規(guī)定了EMC測試方法,、設(shè)備,,定義了等級和性能判據(jù)?;A(chǔ)標準不涉及具體產(chǎn)品,。

產(chǎn)品類標準:針對某種產(chǎn)品系列的EMC測試標準。往往引用基礎(chǔ)標準,,但根據(jù)產(chǎn)品的特殊性提出更詳細的規(guī)定,。

通用標準:按照設(shè)備使用環(huán)境劃分的,當產(chǎn)品沒有特定的產(chǎn)品類標準可以遵循時,,使用通用標準來進行EMC測試,。對使設(shè)備的功能完全正常,也要滿足這些標準的要求,。

關(guān)于制訂電磁兼容標準的組織和標準的介紹:

IEC(國際電工委員會):有兩個平行的組織制訂EMC標準,,CISPR和TC77。

CISPR(國際無線電

EMI可分為傳導(dǎo)Conduction及輻射Radiation兩部分,,Conduction規(guī)范一般可分為: FCC Part 15J Class B,;CISPR 22(EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3) Class B,;國標IT類(GB9254,GB17625)和AV類(GB13837,,GB17625),。FCC測試頻率在450K-30MHz,CISPR 22測試頻率在150K--30MHz,,Conduction可以用頻譜分析儀測試,,Radiation則必須到專門的實驗室測試。

EN55022為Radiation Test & Conduction Test (傳導(dǎo) & 輻射測試),; EN61000-3-2為Harmonic Test (電源諧波測試) ,;EN61000-3-3為Flicker Test (電壓變動測試)。

CISPR22(Comite Special des Purturbations Radioelectrique)應(yīng)用于信息技術(shù)類裝置, 適用于歐洲和亞洲地區(qū),;EN55022為歐洲標準,,F(xiàn)CC Part 15 (Federal Communications Commission) 適用于美國,EN30220歐洲EMI測試標準,,功率輻射測試標準是EN55013頻率在30MHZ-300MHz,。

EN55011輻射測試標準是:有的頻率段要求較高,有的頻率段要求較低,。傳導(dǎo) (150KHZ-30MHZ) LISN主要是差模電流, 其共模阻抗為100歐姆(50 + 50); LISN主要是共模電流, 其總的電路阻抗為25歐姆(50 // 50),。

4線       AV        60dB/uV         150KHZ-2MHZ         start  9KHZ

5線             PEAK               100dB/uV            150KHZ-3MHZ

6線             PEAK               100dB/uV            2MHZ-30MHZ

7線             QP                 70dB/uV             150KHZ-500KHZ

Radiated (30MHZ-1GHZ): ADD 4N7/250V Y CAP          90dB/uV       30MHZ-300MHZ

EMI為電磁干擾,EMI是EMC其中的一部分,,EMI(Electronic Magnetic Interference) 電磁干擾,, EMI包括傳導(dǎo)、輻射,、電流諧波,、電壓閃爍等等。電磁干擾是由干擾源,、藕合通道和接收器三部分構(gòu)成的,,通常稱作干擾的三要素。 EMI線性正比于電流,,電流回路面積以及頻率的平方即:EMI = K*I*S*F2,。I是電流,S是回路面積,,F(xiàn)是頻率,K是與電路板材料和其他因素有關(guān)的一個常數(shù),。

EMI是指產(chǎn)品的對外電磁干擾,。一般情況下分為 Class A & Class B 兩個等級。 Class A為工業(yè)等級,,Class B 為民用等級 ,。民用的要比工業(yè)的嚴格,,因為工業(yè)用的允許輻射稍微大一點。同樣產(chǎn)品在測試EMI中的輻射測試來講,,在30-230MHz下,,B類要求產(chǎn)品的輻射限值不能超過40dBm 而A類要求不能超過50dBm(以三米法電波暗室測量為例)相對要寬松的多,一般來說CLASS A是指在EMI測試條件下,,無需操作人員介入,,設(shè)備能按預(yù)期持續(xù)正常工作,不允許出現(xiàn)低于規(guī)定的性能等級的性能降低或功能損失,。

EMI是設(shè)備正常工作時測它的輻射和傳導(dǎo),。在測試的時候,EMI的輻射和傳導(dǎo)在接收機上有兩個上限,,分別代表Class A和Class B,,如果觀察的波形超過B的線但是低于A的線,那么產(chǎn)品就是A類的,。EMS是用測試設(shè)備對產(chǎn)品干擾,,觀察產(chǎn)品在干擾下能否正常工作,如果正常工作或不出現(xiàn)超過標準規(guī)定的性能下降,,為A級,。能自動重啟且重啟后不出現(xiàn)超過標準規(guī)定的性能下降,為B級,。不能自動重啟需人為重啟為C級,,掛掉為D級。國標有D級的規(guī)定,,EN只有A,,B,C,。EMI在工作頻率的奇數(shù)倍是最不好過的,。

EMS(Electmmagnetic Suseeptibilkr) 電磁敏感度一般俗稱為 “電磁免疫力”, 是設(shè)備抗外界騷擾干擾之能力,EMI是設(shè)備對外的騷擾,。

EMS中的等級是指:Class A,,測試完成后設(shè)備仍在正常工作;Class B,,測試完成或測試中需要重啟后可以正常工作,;Class C,需要人為調(diào)整后可以正常重啟并正常工作,;Class D,,設(shè)備已損壞,無論怎樣調(diào)整也無法啟動,。嚴格程度EMI是B>A,,EMS是A>B>C>D,。

電磁兼容三要素:任何電磁兼容性問題都包含三個要素,即干擾源,、敏感源和耦合路徑,,這三個要素中缺少一個,電磁兼容問題就不會存在,。

產(chǎn)生電磁干擾的條件: 突然變化的電壓或電流,,即dV/dt或dI/dt很大;輻射天線或傳導(dǎo)導(dǎo)體,。

電磁兼容標準對設(shè)備的要求有兩個方面:一個是工作時不會對外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響,,另一個是不能對外界的電磁干擾過度敏感。前一個方面的要求稱為干擾發(fā)射要求,,后一個方面的要求稱為敏感度要求,。

電磁能量從設(shè)備內(nèi)傳出或從外界傳入設(shè)備的途徑只有兩個,一個是以電磁波的形式從空間傳播,,另一個是以電流的形式沿導(dǎo)線傳播,。因此,電磁干擾發(fā)射可以分為:傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射,;敏感度也可以分為傳導(dǎo)敏感度和輻射敏感度,。

電磁兼容標準分為基礎(chǔ)標準、通用標準,、產(chǎn)品類標準和專用產(chǎn)品標準,。

基礎(chǔ)標準:描述了EMC現(xiàn)象、規(guī)定了EMC測試方法,、設(shè)備,,定義了等級和性能判據(jù)?;A(chǔ)標準不涉及具體產(chǎn)品,。

產(chǎn)品類標準:針對某種產(chǎn)品系列的EMC測試標準。往往引用基礎(chǔ)標準,,但根據(jù)產(chǎn)品的特殊性提出更詳細的規(guī)定,。

通用標準:按照設(shè)備使用環(huán)境劃分的,當產(chǎn)品沒有特定的產(chǎn)品類標準可以遵循時,,使用通用標準來進行EMC測試,。對使設(shè)備的功能完全正常,也要滿足這些標準的要求,。

關(guān)于制訂電磁兼容標準的組織和標準的介紹:

IEC(國際電工委員會):有兩個平行的組織制訂EMC標準,,CISPR和TC77。

CISPR(國際無線電擾特別委員會):1934年成立,。目前有七個分會:A分會(無線電干擾測量方法與統(tǒng)計方法),、B分會(工、科,、醫(yī)療射頻設(shè)備的無線電干擾),、C分會(電力線、高壓設(shè)備和電牽引系統(tǒng)的無線電干擾),、D分會(機動車和內(nèi)燃機的無線電干擾),、E分會(無線接收設(shè)備干擾特性)、F分會(家電,、電動工具,、照明設(shè)備及類似電器的無線電干擾)、G分會(信息設(shè)備的無線電干擾),。

TC77(第77技術(shù)委員會):1981年成立,。目前有3個分會:SC77A(低頻現(xiàn)象)、 SC77B(高頻現(xiàn)象),、 SC77C(對高空核電磁脈沖的抗擾性),。

CENELEC(歐洲電工標準化委員會):由歐共體委員會授權(quán)制訂歐洲標準。EN標準中引用了很多CISPR和IEC標準,,其對應(yīng)關(guān)系如下:

EN55××× = CISPR標準,, (例: EN55011 = CISPR Pub.11)

EN6×××× = IEC標準,   (例: EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11)

EN50××× = CENELEC自定標準,, (例: EN50801 )

FCC(聯(lián)邦通信委員會)全名為Federal Communications Commission:是管理電腦, 周邊及通信產(chǎn)品等銷售美國之審核授權(quán)機抅, 主要制訂民用產(chǎn)品標準,,關(guān)于電磁兼容的標準主要包括在FCC Part15和FCC Part 18中。

FCC Part 15 subpart B規(guī)定: 凡利用數(shù)位技術(shù)之電子裝置或系統(tǒng), 及使用或產(chǎn)生脈波頻率超過10KHz之器材,皆須依規(guī)定進行測試認證后, 才可以在美國市場銷售,。

MIL-STD(美軍標):典型的是MIL-STD –461D,。這個標準不僅規(guī)定了最大輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射的限制,還規(guī)定了系統(tǒng)對輻射和傳導(dǎo)干擾的敏感度要求,。配套標準MIL-STD-462規(guī)定了必要的測試裝置,。商業(yè)公司經(jīng)常將MIL-STD-461中的某些部分作為產(chǎn)品內(nèi)部EMC規(guī)范。

VCCI(干擾自愿控制委員會):民間機構(gòu),,其標準與CISPR和IEC一致

GB(中國國家標準):基本采用CISPR和IEC標準,,目前已發(fā)布57個。

GJB(中國軍用標準):基本采用美軍標,,例如GJB151A = MIL-STD –461D,。

軍用設(shè)備

為軍用設(shè)計的電子系統(tǒng)必須滿足MIL-STD-461D的要求,  另一個關(guān)于EMI的軍用標準是保密的TEMPEST計劃,,這是用來保證保密通信系統(tǒng)安全的?,F(xiàn)在可以接收并復(fù)現(xiàn)出大多數(shù)電子設(shè)備政黨工作時所發(fā)射的功率很低的射頻信號。象對電子竊聽很脆弱的CRT終端那樣的軍用產(chǎn)品就屬于TEMPEST的范疇。在實踐中,,TEMPEST控制設(shè)備和系統(tǒng)的發(fā)射,,使無法解譯攜帶信息的信號。

由于關(guān)于EMC的法規(guī)和標準十分復(fù)雜,,關(guān)于信息技術(shù)設(shè)備的相關(guān)標準總結(jié)在表1.9中,。一些標準的頻率范圍在圖1-3中標明。

CE標示: 源自歐共體各會員國(European Community)縮寫的總稱, 並以此為標志,。規(guī)范產(chǎn)品是否符合歐體為保障民眾安全健康以及環(huán)境保護等利益所訂定之基本安全要求,。

CE = EMC + LVD           EMC : 電磁干擾及電磁相容性         LVD : 低電壓指令

測量場地:GB要求在開闊場地中測量,GJB要求在屏蔽半無反射室中測量,,由于電磁環(huán)境日趨惡化,,開闊場中的背景干擾往往嚴重影響測量,因此,,GB測量也開始在屏蔽半無反射室中做,,但要求半無反射室中的電磁場分布與開闊場近似。

天線到EUT(受試設(shè)備)的距離:GB要求為3米,、10米或30米,,GJB要求為1米;

測量內(nèi)容:GB僅測量電場輻射發(fā)射,,GJB對電場輻射和磁場輻射都要測量,;

測量頻率范圍:GB規(guī)定的測量范圍為30MHz ~ 1GHz,隨著時鐘頻率的升高,,有擴展到18GHz的趨勢,,GJB規(guī)定的測量頻率范圍為10kHz ~ 18GHz。

EUT的布置:GB和GJB都要求EUT按照實際工作狀態(tài)布置(互聯(lián)電纜和所連接的外部設(shè)備全部按實際狀態(tài)連接),,GB要求EUT放置在木制測試臺上,,GJB要求EUT放置在金屬板上。距離地面的距離為0.8米,;

檢波方式:干擾測量儀的讀數(shù)與檢波方式有關(guān),,因此標準中都明確規(guī)定檢波方式,GB要求準峰值檢波,,GJB要求峰值檢波,;

最大輻射點:與處理電磁兼容問題的原則相同,僅關(guān)心最壞情況,。因此,,以EUT的最大輻射值為測量結(jié)果。最大輻射值的含義有4個,,第一:EUT的工作狀態(tài)處于最大輻射狀態(tài),,第二:EUT最大輻射面對著天線,第三:天線的極化方向為接收最大場強的方向,第四:天線的高度為接收最大場強的位置,。GJB中,,沒有第四點的要求,即,,天線的高度是固定的,。

測量設(shè)備:

騷擾測量設(shè)備:用來定量計量騷擾強度的設(shè)備,可以是EMI測量接收機,,也可以是頻譜分析儀,頻率范圍要覆蓋150KHz~30MHz,,具有峰值,、準峰值和平均值檢波功能。

線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN):由于電源端子傳導(dǎo)發(fā)射的強度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān),,因此為了使測量具有唯一性,,必須在特定的阻抗條件下測量,LISN就提供了這樣一個環(huán)境,,GB9254標準中使用的LISN為50Ω/50μH,。

接地平板:受試設(shè)備要放置在接地金屬板上進行試驗,該金屬板比被測設(shè)備邊框大0.5米,,最小尺寸為2m×2m,。

電快速脈沖試驗?zāi)M電網(wǎng)中的感性負載斷開時產(chǎn)生的干擾。這種干擾不僅會出現(xiàn)在電源線上,,而且會耦合到信號線上,。因此,這個試驗要對電源線和信號線做,。設(shè)備能夠通過浪涌試驗,,并不意味著也能通過電快速脈沖試驗。一方面是因為后者的頻率成份遠高于前者,,具備不同的干擾機理,,令一方面是因為電快速脈沖試驗中施加的干擾是重復(fù)性,這對電路具有一種積分效應(yīng),,是電路中的積分型抗干擾電路實效,。

頻譜分析儀能夠快速地在較寬的頻率范圍內(nèi)掃描,因此是診斷電磁干擾發(fā)射的方便工具,。使用頻譜分析儀時需要注意的問題:頻譜分析儀不能觀測瞬間干擾,,如靜電放電、雷電等,;頻譜分析儀的掃描時間不能設(shè)置得太短,,即不能使掃描速度太快;從頻譜分析儀屏幕上讀取頻率與幅度數(shù)據(jù)時,其精度與頻譜儀的掃描范圍有關(guān),,范圍越窄,,精度越高;當輸入信號過大時,,頻譜分析儀會發(fā)生過載,,使讀取的幅度數(shù)據(jù)比實際的小,用輸入衰減器可以避免過載,;減小頻譜儀的中頻帶寬可以提高儀器的靈敏度(和選擇性),,但掃描時間會更長;寬帶信號的幅度會隨著中頻分辨帶寬的增加而增加,。

電磁干擾(EMI)接收機是另一種測量電磁干擾的設(shè)備,,許多人在選購儀器時搞不懂接收機與頻譜儀之間的區(qū)別,下面做一簡單比較:

所有的接收機都標準配置預(yù)選器(頻譜儀需要選配),,能夠有效地抑制帶外噪聲,;所有的接收機用基頻混頻方式(頻譜儀使用基頻和諧頻混頻),具有較高的靈敏度,;接收機的中頻濾波器為矩形(頻譜儀的中頻濾波器為高斯形),,具有更好的選擇性;接收機適合于正式測量,,不適合于診斷,。

EMC試驗室有華測(CTI)、SGS,、信測,、信華、華通威,、冠準,、莫特、廣州ETL,、廣州五所,、東莞經(jīng)續(xù)、東莞沃特,、厚街北南,、長安世鴻、長安碩信(ATT),、大朗信寶,、塘夏歐標、摩爾實驗室,、經(jīng)續(xù)檢驗技術(shù)有限公司等,。像美國的FCC只測EMI中的輻射和傳導(dǎo),,不測EMS。有些國家EMI和EMS是分開測的,,有些國家是一起像CCC認證CE認證?,F(xiàn)在很多電器類產(chǎn)品做CE還要加測電磁波騷擾EMF,標準是EN-50336,。電源EMI技術(shù)就算能達到標準,,有的產(chǎn)品要求要達一定的濕度測試。在深圳濕試控制都比較難做,。深圳幾家大實驗室,,都比較難,空間問題,。EMI不只包括傳導(dǎo),,輻射,電流諧波與電壓閃爍也是EMI的部分,。諧波和閃爍是設(shè)備對外的,而不是外界對設(shè)備的,,所以是EMI,,不是EMS。

開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理及其傳播途徑

功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動作是導(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)致了更為嚴重的EMI問題。開關(guān)電源工作時,,其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時間內(nèi)上升和下降的,,因此,開關(guān)電源本身是一個噪聲發(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。現(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明:

1,、二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾

交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動電壓,,經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷鳎娙蓦娏鞯牟ㄐ尾皇钦也ǘ敲}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有較大的正向電流流過,,在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時,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間里,,電流會反向流動,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)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾

功率開關(guān)管在導(dǎo)通時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 阻性負載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量,。當采用零電流、零電壓開關(guān)時,這種諧 波干擾將會很小,。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,,都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。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造成EMI干擾,。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度,。

Flyback 架構(gòu)noise 在頻譜上的反應(yīng)

0.15 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾。

0.2 MHz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,。

0.25 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;

0.35 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;

0.39 MHz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;

3.3 MHz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產(chǎn)生較強的干擾

設(shè)計開關(guān)電源時防止EMI的措施:

1.把噪音電路節(jié)點的PCB銅箔面積最大限度地減小;如開關(guān)管的漏極,、集電極,,初次級繞組的節(jié)點,,等。                                                                         

2.使輸入和輸出端遠離噪音元件,,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)遠離外殼邊緣,因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線,。    

4. 如果變壓器沒有使用電場屏蔽,,要保持屏蔽體和散熱片遠離變壓器。 

5. 盡量減小以下電流環(huán)的面積:次級(輸出)整流器,,初級開關(guān)功率器件,,柵極(基極)驅(qū)動線路,輔助整流器,。  

6.不要將門極(基極)的驅(qū)動返饋環(huán)路和初級開關(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)點和 次級電路的元件遠離初級電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片,。

10.保持初級電路的擺動的節(jié)點和元件本體遠離屏蔽或者散熱片,。

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,。

16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻,。

17.在PCB設(shè)計時允許放1nF/ 500 V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻,跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間,。

18.保持EMI濾波器遠離功率變壓器;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)功率場效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個小徑向引線電容器(米勒電容,, 10皮法/ 1千伏電容)。

21.空間允許的話放一個小的RC阻尼器在直流輸出端,。

22. 不要把AC插座與初級開關(guān)管的散熱片靠在一起,。

開關(guān)電源EMI的特點

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)的提取和近場干擾估計的難度。

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?采用輸入端并一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并解決;

5M---以上以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法.對于外殼接地的,在地線上用一個磁環(huán)繞2圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);對于25--30MHZ不過可以采用加大對地Y電容,、在變壓器外面包銅皮、改變PCB LAYOUT,、輸出線前面接一個雙線并繞的小磁環(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PFC MOSFET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?,

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并以解決,

1.對于差模干擾超標可調(diào)整X 電容量,添加差模電感器,,調(diào)差模電感量;

2.對于共模干擾超標可添加共模電感,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快速二極管如FR107 一對普通整流二極管1N4007。

5M---以上以共摸干擾為主,,采用抑制共摸的方法,。

對于外殼接地的,在地線上用一個磁環(huán)串繞2-3 圈會對10MHZ 以上干擾有較大的衰減作用;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大電路并聯(lián)電容的大小,。

對于20--30MHZ,,

1.對于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對地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PCB LAYOUT,;

5.輸出線前面接一個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BEAD CORE,;

8.在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容,。

9. 可以用增大MOS 驅(qū)動電阻.

30---50MHZ 普遍是MOS 管高速開通關(guān)斷引起,

1.可以用增大MOS 驅(qū)動電阻,;

2.RCD 緩沖電路采用1N4007 慢管,;

3.VCC 供電電壓用1N4007 慢管來解決;

4.或者輸出線前端串接一個雙線并繞的小共模電感,;

5.在MOSFET 的D-S 腳并聯(lián)一個小吸收電路,;

6.在變壓器與MOSFET 之間加BEAD CORE;

7.在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容,;

8.PCB 心LAYOUT 時大電解電容,,變壓器,MOS 構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的??;

9.變壓器,輸出二極管,,輸出平波電解電容構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小,。

50---100MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起,

1.可以在整流管上串磁珠,;

2.調(diào)整輸出整流管的吸收電路參數(shù),;

3.可改變一二次側(cè)跨接Y電容支路的阻抗,如PIN腳處加BEAD CORE或串接適當?shù)碾娮瑁?/p>

4.也可改變MOSFET,輸出整流二極管的本體向空間的輻射(如鐵夾卡MOSFET; 鐵夾卡DIODE,,改變散熱器的接地點),。

5.增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射.

200MHZ 以上 開關(guān)電源已基本輻射量很小,一般可過EMI 標準,。(電源網(wǎng)原創(chuàng)轉(zhuǎn)載請注明出處)

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