《電子技術(shù)應(yīng)用》
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開關(guān)電源EMC產(chǎn)生機(jī)理及其對(duì)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(guó)標(biāo)IT類(GB9254,,GB17625)和AV類(GB13837,GB17625),。FCC測(cè)試頻率在450K-30MHz,CISPR 22測(cè)試頻率在150K--30MHz,,Conduction可以用頻譜分析儀測(cè)試,,Radiation則必須到專門的實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(guó)標(biāo)IT類(GB9254,,GB17625)和AV類(GB13837,,GB17625)。FCC測(cè)試頻率在450K-30MHz,,CISPR 22測(cè)試頻率在150K--30MHz,,Conduction可以用頻譜分析儀測(cè)試,Radiation則必須到專門的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,。

EN55022為Radiation Test & Conduction Test (傳導(dǎo) & 輻射測(cè)試),; EN61000-3-2為Harmonic Test (電源諧波測(cè)試) ;EN61000-3-3為Flicker Test (電壓變動(dòng)測(cè)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(biāo)準(zhǔn),,F(xiàn)CC Part 15 (Federal Communications Commission) 適用于美國(guó),EN30220歐洲EMI測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),,功率輻射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是EN55013頻率在30MHZ-300MHz,。

EN55011輻射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)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(gè)常數(shù)。

EMI是指產(chǎn)品的對(duì)外電磁干擾,。一般情況下分為 Class A & Class B 兩個(gè)等級(jí),。 Class A為工業(yè)等級(jí),Class B 為民用等級(jí) ,。民用的要比工業(yè)的嚴(yán)格,,因?yàn)楣I(yè)用的允許輻射稍微大一點(diǎn)。同樣產(chǎn)品在測(cè)試EMI中的輻射測(cè)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(cè)量為例)相對(duì)要寬松的多,一般來說CLASS A是指在EMI測(cè)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(jí)的性能降低或功能損失,。

EMI是設(shè)備正常工作時(shí)測(cè)它的輻射和傳導(dǎo),。在測(cè)試的時(shí)候,,EMI的輻射和傳導(dǎo)在接收機(jī)上有兩個(gè)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(cè)試設(shè)備對(duì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能下降,為A級(jí),。能自動(dòng)重啟且重啟后不出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能下降,,為B級(jí)。不能自動(dòng)重啟需人為重啟為C級(jí),,掛掉為D級(jí),。國(guó)標(biāo)有D級(jí)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(duì)外的騷擾。

EMS中的等級(jí)是指:Class A,,測(cè)試完成后設(shè)備仍在正常工作,;Class B,測(cè)試完成或測(cè)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(dòng)。嚴(yán)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(gè)要素,,即干擾源,、敏感源和耦合路徑,這三個(gè)要素中缺少一個(gè),,電磁兼容問題就不會(huì)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備的要求有兩個(gè)方面:一個(gè)是工作時(shí)不會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響,,另一個(gè)是不能對(duì)外界的電磁干擾過度敏感。前一個(gè)方面的要求稱為干擾發(fā)射要求,,后一個(gè)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(gè),一個(gè)是以電磁波的形式從空間傳播,,另一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)分為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn),、產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)和專用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),。

基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn):描述了EMC現(xiàn)象、規(guī)定了EMC測(cè)試方法,、設(shè)備,,定義了等級(jí)和性能判據(jù)?;A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)不涉及具體產(chǎn)品,。

產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn):針對(duì)某種產(chǎn)品系列的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。往往引用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),,但根據(jù)產(chǎn)品的特殊性提出更詳細(xì)的規(guī)定,。

通用標(biāo)準(zhǔn):按照設(shè)備使用環(huán)境劃分的,當(dāng)產(chǎn)品沒有特定的產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)可以遵循時(shí),,使用通用標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行EMC測(cè)試,。對(duì)使設(shè)備的功能完全正常,也要滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的要求,。

關(guān)于制訂電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的組織和標(biāo)準(zhǔn)的介紹:

IEC(國(guó)際電工委員會(huì)):有兩個(gè)平行的組織制訂EMC標(biāo)準(zhǔn),,CISPR和TC77。

CISPR(國(guó)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(guó)標(biāo)IT類(GB9254,,GB17625)和AV類(GB13837,,GB17625)。FCC測(cè)試頻率在450K-30MHz,,CISPR 22測(cè)試頻率在150K--30MHz,,Conduction可以用頻譜分析儀測(cè)試,Radiation則必須到專門的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試,。

EN55022為Radiation Test & Conduction Test (傳導(dǎo) & 輻射測(cè)試),; EN61000-3-2為Harmonic Test (電源諧波測(cè)試) ,;EN61000-3-3為Flicker Test (電壓變動(dòng)測(cè)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(biāo)準(zhǔn),,F(xiàn)CC Part 15 (Federal Communications Commission) 適用于美國(guó),EN30220歐洲EMI測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),,功率輻射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是EN55013頻率在30MHZ-300MHz,。

EN55011輻射測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)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(gè)常數(shù)。

EMI是指產(chǎn)品的對(duì)外電磁干擾,。一般情況下分為 Class A & Class B 兩個(gè)等級(jí),。 Class A為工業(yè)等級(jí),Class B 為民用等級(jí) ,。民用的要比工業(yè)的嚴(yán)格,,因?yàn)楣I(yè)用的允許輻射稍微大一點(diǎn)。同樣產(chǎn)品在測(cè)試EMI中的輻射測(cè)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(cè)量為例)相對(duì)要寬松的多,一般來說CLASS A是指在EMI測(cè)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(jí)的性能降低或功能損失,。

EMI是設(shè)備正常工作時(shí)測(cè)它的輻射和傳導(dǎo),。在測(cè)試的時(shí)候,EMI的輻射和傳導(dǎo)在接收機(jī)上有兩個(gè)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(cè)試設(shè)備對(duì)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能下降,,為A級(jí),。能自動(dòng)重啟且重啟后不出現(xiàn)超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能下降,為B級(jí),。不能自動(dòng)重啟需人為重啟為C級(jí),,掛掉為D級(jí)。國(guó)標(biāo)有D級(jí)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(duì)外的騷擾,。

EMS中的等級(jí)是指:Class A,,測(cè)試完成后設(shè)備仍在正常工作;Class B,,測(cè)試完成或測(cè)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(dòng),。嚴(yán)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(gè)要素,,即干擾源,、敏感源和耦合路徑,這三個(gè)要素中缺少一個(gè),,電磁兼容問題就不會(huì)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(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備的要求有兩個(gè)方面:一個(gè)是工作時(shí)不會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響,,另一個(gè)是不能對(duì)外界的電磁干擾過度敏感。前一個(gè)方面的要求稱為干擾發(fā)射要求,,后一個(gè)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(gè),一個(gè)是以電磁波的形式從空間傳播,,另一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)分為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn),、產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)和專用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),。

基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn):描述了EMC現(xiàn)象、規(guī)定了EMC測(cè)試方法,、設(shè)備,,定義了等級(jí)和性能判據(jù)?;A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)不涉及具體產(chǎn)品,。

產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn):針對(duì)某種產(chǎn)品系列的EMC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。往往引用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),,但根據(jù)產(chǎn)品的特殊性提出更詳細(xì)的規(guī)定,。

通用標(biāo)準(zhǔn):按照設(shè)備使用環(huán)境劃分的,當(dāng)產(chǎn)品沒有特定的產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)可以遵循時(shí),,使用通用標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行EMC測(cè)試,。對(duì)使設(shè)備的功能完全正常,也要滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的要求,。

關(guān)于制訂電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的組織和標(biāo)準(zhǔn)的介紹:

IEC(國(guó)際電工委員會(huì)):有兩個(gè)平行的組織制訂EMC標(biāo)準(zhǔn),,CISPR和TC77。

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

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

CENELEC(歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)):由歐共體委員會(huì)授權(quán)制訂歐洲標(biāo)準(zhǔn)。EN標(biāo)準(zhǔn)中引用了很多CISPR和IEC標(biāo)準(zhǔn),,其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:

EN55××× = CISPR標(biāo)準(zhǔn),, (例: EN55011 = CISPR Pub.11)

EN6×××× = IEC標(biāo)準(zhǔn),   (例: EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11)

EN50××× = CENELEC自定標(biāo)準(zhǔn),, (例: EN50801 )

FCC(聯(lián)邦通信委員會(huì))全名為Federal Communications Commission:是管理電腦, 周邊及通信產(chǎn)品等銷售美國(guó)之審核授權(quán)機(jī)抅, 主要制訂民用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),,關(guān)于電磁兼容的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行測(cè)試認(rèn)證后, 才可以在美國(guó)市場(chǎng)銷售,。

MIL-STD(美軍標(biāo)):典型的是MIL-STD –461D,。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)輻射和傳導(dǎo)干擾的敏感度要求,。配套標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-462規(guī)定了必要的測(cè)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(huì)):民間機(jī)構(gòu),,其標(biāo)準(zhǔn)與CISPR和IEC一致

GB(中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)):基本采用CISPR和IEC標(biāo)準(zhǔn),,目前已發(fā)布57個(gè)。

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

軍用設(shè)備

為軍用設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)必須滿足MIL-STD-461D的要求,  另一個(gè)關(guān)于EMI的軍用標(biāo)準(zhǔn)是保密的TEMPEST計(jì)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(shí)所發(fā)射的功率很低的射頻信號(hào)。象對(duì)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(shí)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(hào),。

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

CE標(biāo)示: 源自歐共體各會(huì)員國(guó)(European Community)縮寫的總稱, 並以此為標(biāo)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(hù)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(cè)量場(chǎng)地:GB要求在開闊場(chǎng)地中測(cè)量,GJB要求在屏蔽半無反射室中測(cè)量,,由于電磁環(huán)境日趨惡化,,開闊場(chǎng)中的背景干擾往往嚴(yán)重影響測(cè)量,因此,,GB測(cè)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(chǎng)分布與開闊場(chǎng)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(cè)量?jī)?nèi)容:GB僅測(cè)量電場(chǎng)輻射發(fā)射,,GJB對(duì)電場(chǎng)輻射和磁場(chǎng)輻射都要測(cè)量,;

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

EUT的布置:GB和GJB都要求EUT按照實(shí)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(shí)際狀態(tài)連接),,GB要求EUT放置在木制測(cè)試臺(tái)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(cè)量?jī)x的讀數(shù)與檢波方式有關(guān),,因此標(biāo)準(zhǔn)中都明確規(guī)定檢波方式,GB要求準(zhǔn)峰值檢波,,GJB要求峰值檢波,;

最大輻射點(diǎn):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(cè)量結(jié)果。最大輻射值的含義有4個(gè),,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(duì)著天線,第三:天線的極化方向?yàn)榻邮兆畲髨?chǎng)強(qiáng)的方向,,第四:天線的高度為接收最大場(chǎng)強(qiáng)的位置,。GJB中,沒有第四點(diǎn)的要求,,即,,天線的高度是固定的。

測(cè)量設(shè)備:

騷擾測(cè)量設(shè)備:用來定量計(jì)量騷擾強(qiáng)度的設(shè)備,,可以是EMI測(cè)量接收機(jī),,也可以是頻譜分析儀,頻率范圍要覆蓋150KHz~30MHz,具有峰值,、準(zhǔn)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(qiáng)度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān),因此為了使測(cè)量具有唯一性,,必須在特定的阻抗條件下測(cè)量,,LISN就提供了這樣一個(gè)環(huán)境,GB9254標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行試驗(yàn),,該金屬板比被測(cè)設(shè)備邊框大0.5米,最小尺寸為2m×2m,。

電快速脈沖試驗(yàn)?zāi)M電網(wǎng)中的感性負(fù)載斷開時(shí)產(chǎn)生的干擾。這種干擾不僅會(huì)出現(xiàn)在電源線上,,而且會(huì)耦合到信號(hào)線上,。因此,這個(gè)試驗(yàn)要對(duì)電源線和信號(hào)線做,。設(shè)備能夠通過浪涌試驗(yàn),,并不意味著也能通過電快速脈沖試驗(yàn)。一方面是因?yàn)楹笳叩念l率成份遠(yuǎn)高于前者,,具備不同的干擾機(jī)理,,令一方面是因?yàn)殡娍焖倜}沖試驗(yàn)中施加的干擾是重復(fù)性,這對(duì)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(shí)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(shí)需要注意的問題:頻譜分析儀不能觀測(cè)瞬間干擾,,如靜電放電、雷電等,;頻譜分析儀的掃描時(shí)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(shí),,其精度與頻譜儀的掃描范圍有關(guān),,范圍越窄,精度越高,;當(dāng)輸入信號(hào)過大時(shí),,頻譜分析儀會(huì)發(fā)生過載,使讀取的幅度數(shù)據(jù)比實(shí)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(shí)間會(huì)更長(zhǎng);寬帶信號(hào)的幅度會(huì)隨著中頻分辨帶寬的增加而增加,。

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

所有的接收機(jī)都標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(jī)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(jī)適合于正式測(cè)量,,不適合于診斷,。

EMC試驗(yàn)室有華測(cè)(CTI)、SGS,、信測(cè),、信華、華通威,、冠準(zhǔn),、莫特、廣州ETL,、廣州五所,、東莞經(jīng)續(xù)、東莞沃特,、厚街北南,、長(zhǎng)安世鴻、長(zhǎng)安碩信(ATT),、大朗信寶,、塘夏歐標(biāo)、摩爾實(shí)驗(yàn)室,、經(jīng)續(xù)檢驗(yàn)技術(shù)有限公司等,。像美國(guó)的FCC只測(cè)EMI中的輻射和傳導(dǎo),不測(cè)EMS,。有些國(guó)家EMI和EMS是分開測(cè)的,,有些國(guó)家是一起像CCC認(rèn)證CE認(rèn)證。現(xiàn)在很多電器類產(chǎn)品做CE還要加測(cè)電磁波騷擾EMF,,標(biāo)準(zhǔn)是EN-50336,。電源EMI技術(shù)就算能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),有的產(chǎn)品要求要達(dá)一定的濕度測(cè)試,。在深圳濕試控制都比較難做,。深圳幾家大實(shí)驗(yàn)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(duì)外的,,而不是外界對(duì)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(jī)理及其傳播途徑

功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動(dòng)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(yán)重的EMI問題,。開關(guān)電源工作時(shí),其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時(shí)間內(nèi)上升和下降的,,因此,,開關(guān)電源本身是一個(gè)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(duì)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(shí)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(dòng)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(duì)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(shí)有較大的正向電流流過,在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí),,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(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),,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(shí)產(chǎn)生的諧波干擾

功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)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(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量,。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí),這種諧 波干擾將會(huì)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(huì)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(huì)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(shí),,都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。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(jì)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(chǎng)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(huì)造成EMI干擾,。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)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(qiáng),。

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(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾

設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施:

1.把噪音電路節(jié)點(diǎn)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(jí)繞組的節(jié)點(diǎn),等,。                                                                         

2.使輸入和輸出端遠(yuǎn)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(yuǎn)離外殼邊緣,因?yàn)樵谡2僮飨峦鈿み吘壓芸赡芸拷饷娴慕拥鼐€,。    

4. 如果變壓器沒有使用電場(chǎng)屏蔽,,要保持屏蔽體和散熱片遠(yuǎn)離變壓器。 

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

6.不要將門極(基極)的驅(qū)動(dòng)返饋環(huán)路和初級(jí)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(shí)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(diǎn)和 次級(jí)電路的元件遠(yuǎn)離初級(jí)電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片。

10.保持初級(jí)電路的擺動(dòng)的節(jié)點(diǎn)和元件本體遠(yuǎn)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(duì)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(jì)時(shí)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(jí)的靜端和輔助繞組之間。

18.保持EMI濾波器遠(yuǎn)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(chǎng)效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個(gè)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(gè)小的RC阻尼器在直流輸出端,。

22. 不要把AC插座與初級(jí)開關(guān)管的散熱片靠在一起,。

開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)

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(qiáng)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(duì)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(chǎng)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(chǎng)干擾估計(jì)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(biāo)并解決;

5M---以上以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法.對(duì)于外殼接地的,在地線上用一個(gè)磁環(huán)繞2圈會(huì)對(duì)10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);對(duì)于25--30MHZ不過可以采用加大對(duì)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(gè)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(dòng)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(huì)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(huì)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(biāo)并以解決,

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

2.對(duì)于共模干擾超標(biāo)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(duì)快速二極管如FR107 一對(duì)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(duì)于外殼接地的,在地線上用一個(gè)磁環(huán)串繞2-3 圈會(huì)對(duì)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(jí)大電路并聯(lián)電容的大小,。

對(duì)于20--30MHZ,,

1.對(duì)于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對(duì)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(gè)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(gè)小電容。

9. 可以用增大MOS 驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(gè)雙線并繞的小共模電感,;

5.在MOSFET 的D-S 腳并聯(lián)一個(gè)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(gè)小電容,;

8.PCB 心LAYOUT 時(shí)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(dāng)?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(diǎn)),。

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(biāo)準(zhǔn),。(電源網(wǎng)原創(chuàng)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處)

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