《電子技術(shù)應(yīng)用》
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開關(guān)電源EMI設(shè)計經(jīng)驗小結(jié)
摘要: 開關(guān)電源的EMI干擾源集中體現(xiàn)在功率開關(guān)管、整流二極管,、高頻變壓器等,,外部環(huán)境對開關(guān)電源的干擾主要來自電網(wǎng)的抖動、雷擊,、外界輻射等,。
關(guān)鍵詞: EMC|EMI 抖動 開關(guān)電源 EMI
Abstract:
Key words :

開關(guān)電源" title="開關(guān)電源">開關(guān)電源的 EMI干擾源集中體現(xiàn)在功率開關(guān)管、整流二極管,、高頻變壓器等,,外部環(huán)境對開關(guān)電源的干擾主要來自電網(wǎng)的抖動" title="抖動">抖動、雷擊,、外界輻射等,。


1.開關(guān)電源的EMI源

開關(guān)電源的EMI干擾源集中體現(xiàn)在功率開關(guān)管、整流二極管,、高頻變壓器等,,外部環(huán)境對開關(guān)電源的干擾主要來自電網(wǎng)的抖動、雷擊,、外界輻射等,。

(1)功率開關(guān)管

功率開關(guān)管工作在On-Off快速循環(huán)轉(zhuǎn)換的狀態(tài),dv/dt和di/dt都在急劇變換,因此,,功率開關(guān)管既是電場耦合的主要干擾源,,也是磁場耦合的主要干擾源。

(2)高頻變壓器

高頻變壓器的EMI來源集中體現(xiàn)在漏感對應(yīng)的di/dt快速循環(huán)變換,,因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源,。

(3)整流二極管

整流二極管的EMI來源集中體現(xiàn)在反向恢復(fù)特性上,反向恢復(fù)電流的斷續(xù)點會在電感(引線電感,、雜散電感等)產(chǎn)生高 dv/dt,,從而導(dǎo)致強電磁干擾。

(4)PCB

準確的說,,PCB是上述干擾源的耦合通道,,PCB的優(yōu)劣,直接對應(yīng)著對上 述EMI源抑制的好壞,。

2.開關(guān)電源EMI傳輸通道分類

(一)傳導(dǎo)干擾的傳輸通道

(1)容性耦合

(2)感性耦合

(3)電阻耦合

a.公共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合

b.公共地線阻抗產(chǎn)生的 電阻傳導(dǎo)耦合

c.公共線路阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合

(二)輻射干擾的傳輸通道

(1)在開關(guān) 電源中,,能構(gòu)成輻射干擾源的元器件和導(dǎo)線均可以被假設(shè)為天線,從而利用電偶極子和磁偶極子理論進行分析,;二極管,、電容、功率開關(guān)管可以假設(shè)為電偶極子,,電 感線圈可以假設(shè)為磁偶極子,;

(2)沒有屏蔽體時,電偶極子,、磁偶極子,,產(chǎn)生的電磁波傳輸通道為空氣(可以假設(shè)為自由空間);

(3)有屏蔽體時,,考慮屏蔽體的縫隙和孔洞,,按照泄漏場的數(shù)學(xué)模型進行分析處理。

3.開關(guān)電源EMI抑制的9大措施

在開關(guān)電源中,,電壓和電流的突變,,即高dv/dt和di/dt,是其EMI產(chǎn)生的主要原因,。實現(xiàn)開關(guān)電源的EMC設(shè)計技術(shù)措施主要基于以下兩點:

(1)盡量減小電源本身所產(chǎn)生的干擾源,,利用抑制干擾的方法或產(chǎn)生干擾較小的元器件和電路,并進行合理布局,;

(2)通過接地,、濾波、屏蔽 等技術(shù)抑制電源的EMI以及提高電源的EMS,。


分開來講,,9大措施分別是:

 

 ?。?)減小dv/dt和di/dt(降 低其峰值、減緩其斜率)

 ?。?)壓敏電阻的合理應(yīng)用,,以降低浪涌電壓

  (3)阻尼網(wǎng)絡(luò)抑制過沖

 ?。?)采用軟恢復(fù)特 性的二極管,,以降低高頻段EMI

  (5)有源功率因數(shù)校正,,以及其他諧波校正技術(shù)

 ?。?)采用合理設(shè)計的電源線濾波器

  (7)合理的接地處理

 ?。?)有效的屏蔽措施

 ?。?)合理的PCB設(shè)計

4.高頻變壓器漏感的控制

高頻變壓器的漏感是功率開關(guān)管關(guān)斷尖峰電壓產(chǎn)生的重要原因之一,因此,,控制漏感成為解決高頻變壓器帶來的EMI首要面對的問題,。

減小高頻變壓器漏感兩個切入點:電氣設(shè)計、工藝設(shè)計,!

 ?。?)選擇合適磁芯,降低漏感,。漏感與原邊匝數(shù)平方成正比,減小匝數(shù)會顯著降低漏感,。

 ?。?)減小繞組間的絕緣層。現(xiàn)在有一種稱之為“黃金薄膜”的絕緣層,,厚度20~100um,,脈沖擊穿電壓可達幾千伏。

 ?。?)增加繞組間耦合度,,減小漏感。

5.高頻變壓器的屏蔽

為防止高頻變壓器的漏磁對周圍電路產(chǎn)生干擾,,可采用屏 蔽帶來屏蔽高頻變壓器的漏磁場,。屏蔽帶一般由銅箔制作,繞在變壓器外部一周,,并進行接地,,屏蔽帶相對于漏磁場來說是一個短路環(huán),從而抑制漏磁場更大范圍的 泄漏,。

高頻變壓器,,磁心之間和繞組之間會發(fā)生相對位移,,從而導(dǎo)致高頻變壓器在工作中產(chǎn)生噪聲(嘯叫、振動),。為防止該噪聲,,需要對變 壓器采取加固措施:

  (1)用環(huán)氧樹脂將磁心(例如EE,、EI磁心)的三個接觸面進行粘接,,抑制相對位移的產(chǎn)生;

 ?。?)用“玻璃珠”(Glass beads)膠合劑粘結(jié)磁心,,效果更好。

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