开关电源之EMI设计
高頻開關電源由于其在體積、重量、功率密度、效率等方面的諸多優點,已經被廣泛地應用于工業、國防、家電產品等各個領域。
開關電源的EMI干擾源集中體現在功率開關管、整流二極管、高頻變壓器等,外部環境對開關電源的干擾主要來自電網的抖動、雷擊、外界輻射等。
(1)功率開關管工作在On-Off快速循環轉換的狀態,dv/dt和di/dt都在急劇變換,因此,功率開關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)EMI來源集中體現在漏感對應的di/dt快速循環變換,因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源。
(3)的EMI來源集中體現在反向恢復特性上,反向恢復電流的斷續點會在電感(引線電感、雜散電感等)產生高dv/dt,從而導致強電磁干擾。
(4)PCB:準確的說,PCB是上述干擾源的耦合通道,PCB的優劣,直接對應著對上述EMI源抑制的好壞。
開關電源EMI抑制的9大措施
(1)減小dv/dt和di/dt(降低其峰值、減緩其斜率)。
(2)壓敏電阻的合理應用,以降低浪涌電壓。
(3)阻尼網絡抑制過沖。
(4)采用軟恢復特性的二極管,以降低高頻段EMI。
(5)有源功率因數校正,以及其他諧波校正技術。
(6)采用合理設計的電源線濾波器。
(7)合理的接地處理。
(8)有效的屏蔽措施。
(9)合理的PCB設計?。
在開關電源中,EMI濾波器對共模和差模傳導噪聲的抑制起著顯著的作用。EMI 濾波器基本原理如圖所示。
1.差模電容 C1、C2 用來短路差模干擾電流。
2.中間連線接地電容 C3、C4 則用來短路共模干擾電流。
3.共模扼流圈是由兩股等粗并且按同方向繞制在一個磁芯上的線圈組成。如果兩個線圈之間的磁藕合非常緊密,那么漏感就會很小,在電源線頻率范圍內差模電抗將會變得很小;當負載電流流過共模扼流圈時,串聯在相線上的線圈所產生的磁力線和串聯在中線上線圈所產生的磁力線方向相反,它們在磁芯中相互抵消。 因此即使在大負載電流的情況下,磁芯也不會飽和。而對于共模干擾電流,兩個線圈產生的磁場是同方向的,會呈現較大電感,從而起到衰減共模干擾信號的作用。 這里共模扼流圈要采用導磁率高、頻率特性較佳的鐵氧體磁性材料。?
總結
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