《電子技術(shù)應(yīng)用》
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最通俗理解開關(guān)電源電磁干擾分析
摘要: 先簡單介紹一下下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)人體的傷害尚無定論,但是普遍認(rèn)為對(duì)人體不利,。
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(shí)所有的電器設(shè)備,,都會(huì)有電磁干擾,。只不過嚴(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)人體的傷害尚無定論,,但是普遍認(rèn)為對(duì)人體不利。所以很多國家和地區(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)來描述EMI,。

  首先EMI 有三個(gè)基本面

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,,空氣等等;

  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)?shí)驗(yàn)室測試的項(xiàng)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(shí)候,需要測試各種頻率下的噪音強(qiáng)度,。

  那么在開關(guān)電源中,這些噪音的來源是什么呢,?

教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI

 

 

  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(huì)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(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:

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  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(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

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  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,。

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  分別做快速傅立葉分析:

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  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(gè)是具有導(dǎo)通尖峰的電流波形,,一個(gè)沒有導(dǎo)通尖峰,。

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   對(duì)兩個(gè)波形做傅立葉分析:

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   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)

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  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:

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  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,,如果從源頭來抑制EMI。

  1,、對(duì)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(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)降低開關(guān)速度,,降低開關(guān)速度,可以降低開關(guān)時(shí)刻的di/dt,dv/dt,。對(duì)高頻段的EMI有好處;

  4,、采用軟開關(guān)技術(shù),比如PSFB,,AHB之類的ZVS可以降低開關(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(shí)會(huì)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(gè)是poon & Pong 兩位教授總結(jié)的傳播途徑,,比較的直觀全面。

教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI

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