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開關電源EMI設計經驗

發布時間:16-11-11 09:43  作者:admin

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.開關電源的EMI源
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
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)高頻變壓器
高頻變壓器的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)整流二極管
整流二極管的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。

2.開關電源EMI傳輸通道分類
(一). 傳導干擾的傳輸通道
(1)容性耦合
(2)感性耦合
(3)電阻耦合
a.公共電源內阻產生的電阻傳導耦合
b.公共地線阻抗產生的 電阻傳導耦合
c.公共線路阻抗產生的電阻傳導耦合
(二). 輻射干擾的傳輸通道
(1)在開關 電源中,能構成輻射干擾源的元器件和導線均可以被假設為天線,從而利用電偶極子和磁偶極子理論進行分析;二極管、電容、功率開關管可以假設為電偶極子,電 感線圈可以假設為磁偶極子;
(2)沒有屏蔽體時,電偶極子、磁偶極子,產生的電磁波傳輸通道為空氣(可以假設為自由空間);
(3)有屏蔽體時,考慮屏蔽體的縫隙和孔洞,按照泄漏場的數學模型進行分析處理。

3.開關電源EMI抑制的9大措施
在開關電源中,電壓和電流的突變,即高dv/dt和di/dt,是其EMI產生的主要原因。實現開關電源的EMC設計技術措施主要基于以下兩點:
(1)盡量減小電源本身所產生的干擾源,利用抑制干擾的方法或產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:
(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

4.高頻變壓器漏感的控制
高頻變壓器的漏感是功率開關管關斷尖峰電壓產生的重要原因之一,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:電氣設計、工藝設計!
(1)選擇合適磁芯,降低漏感。漏感與原邊匝數平方成正比,減小匝數會顯著降低漏感。
(2)減小繞組間的絕緣層?,F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。
(3)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,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生相對位移,從而導致高頻變壓器在工作中產生噪聲(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,抑制相對位移的產生;
(2)用“玻璃珠”(Glass beads)膠合劑粘結磁心,效果更好。
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