电子工程师必看!五大开关电源EMI抑制策略

电源开关因具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、作业稳 定、安全可靠以及稳压规模宽等长处,而被广泛应用于计算机、通讯、电子仪器、工业自动操控、国防及家用电器等范畴。可是开关电源瞬态呼应较差、易发生电磁 搅扰,且EMI信号占有很宽的频率规模,并具有必定的起伏。这些EMI信号经过传导和辐射办法污染电磁环境,对通讯设备和电子仪器造成搅扰,因而在必定程 度上约束了开关电源的运用。而开关电源中的搅扰源首要会集在电压、电流改变大,如开关管、二极管、高频变压器等元件,以及沟通输人、整流输出电路有些。接下来就说下按捺开关电源电磁搅扰的五大办法了↓
  选用沟通输入EMI滤波器
  通常搅扰电流在导线上传输时有两种办法:共模办法和差模办法。共模搅扰是载流体与大地之间的搅扰:搅扰巨细和方向共同,存在于电源任何一相对大地、或中线 对大地间,首要是由du/dt发生的,di/dt也发生必定的共模搅扰。而差模搅扰是载流体之间的搅扰:搅扰巨细持平、方向相反,存在于电源相线与中线及 相线与相线之间。搅扰电流在导线上传输时既能够共模办法出现,也能够差模办法出现;但共模搅扰电流只有变成差模搅扰电流后,才能对有用信号构成搅扰。
  沟通电源输人线上存在以上两种搅扰,通常为低频段差模搅扰和高频段共模搅扰。在通常情况下差模搅扰起伏小、频率低、造成的搅扰小;共模搅扰起伏大、频率高, 还能够经过导线发生辐射,造成的搅扰较大。若在沟通电源输人端选用恰当的EMI滤波器,则可有效地按捺电磁搅扰。电源线EMI滤波器根本原理如图1所示, 其间差模电容C1、C2用来短路差模搅扰电流,而中心连线接地电容C3、C4则用来短路共模搅扰电流。共模扼流圈是由两股等粗而且按同方向绕制在一个磁芯 上的线圈组成。假如两个线圈之间的磁藕合十分严密,那么漏感就会很小,在电源线频率规模内差模电抗将会变得很小;当负载电流流过共模扼流圈时,串联在相线上的线圈所发生的磁力线和串联在中线上线圈所发生的磁力线方向相反,它们在磁芯中彼此抵消。 因而即便在大负载电流的情况下,磁芯也不会饱满。而对于共模搅扰电流,两个线圈发生的磁场是同方向的,会出现较大电感,然后起到衰减共模搅扰信号的效果。 这儿共模扼流圈要选用导磁率高、频率特性较佳的铁氧体磁性材料。

 

  使用吸收回路改进开关波形
  开关管或 二极管在注册和关断进程中,因为存在变压器漏感和线路电感,二极管存储电容和散布电容,简单在开关管集电极、发射极两头和二极管上发生尖峰电压。通常情况下选用RC/RCD吸收回路,RCD浪涌电压吸收回路
  当吸收回路上的电压超越必定起伏时,各器材迅速导通,然后将浪涌能量泄放掉,一起将浪涌电压约束在必定的起伏。在开关管集电极和输出二极管的正极引线上串接 可饱满磁芯线圈或微晶磁珠,原料通常为钴(Co),当经过正常电流时磁芯饱满,电感量很小。一旦电流要反向流过期,它将发生很大的反电势,这么就能有效地 按捺二极管VD的反向浪涌电流。
  使用开关频率调制技能 

  频率操控技能是依据开关搅扰的能量首要会集在特定的频率上,并具有较大的频谱峰值。假如能将这些能量涣散在较宽的频带上,则能够达到下降于扰频谱峰值的意图。通常有两种处理办法:随机频率法和调制频率法。
  随机频率法是在电路开关距离中加人一个随机扰动重量,使开关搅扰能量涣散在必定规模的频带中。研究标明,开关搅扰频谱由原来离散的尖峰脉冲搅扰变成接连散布搅扰,其峰值大大下降。
  调制频率法是在锯齿波中加人调制波(白噪声),在发生搅扰的离散频段周围构成边频带,将搅扰的离散频带调制展开成一个散布频带。这么,搅扰能量就涣散到这些散布频段上。在不影响变换器作业特性的情况下,这种操控办法能够极好地按捺注册、关断时的搅扰。
  选用软开关技能开关电源的搅扰之一是来自功率开关管通/断时的du/dt,因而,减小功率开关管通/断的du/dt是按捺开关电源搅扰的一项重要办法。而软开关技能能够减小开关管通/断的du/dt。
  假如在开关电路的基础上增加一个很小的电感、电容等谐振元件就构成辅佐网络。在开关进程前后引人谐振进程,使开关注册前电压先降为零,这么就能够消除开经进程中电压、电流堆叠的现象,下降、甚至消除开关损耗和搅扰,这种电路称为软开关电路。
  依据上述原理能够选用两种办法,即在开关关断前使其电流为零,则开关关断时就不会发生损耗和搅扰,这种关断办法称为零电流关断;或在开关注册前使其电压为 零,则开关注册时也不会发生损耗和搅扰,这种注册办法称为零电压注册。在许多情况下,不再指出注册或关断,仅称零电流开关和零电压开关,根本电路如图3和图4所示。

  通常选用软开关电路操控技能,联系合理的元器材布局及印制电路板布线、接地技能,对开关电源的EMI搅扰具有必定的改进效果。选用电磁屏蔽办法通常选用电磁屏蔽办法都能有效地按捺开关电源的电磁辐射搅扰。开关电源的屏蔽办法首要是对于开关管和高频变压器而言。开关管作业时发生很多的热量,需求给 它装散热片,然后使开关管的集电极与散热片间发生较大的散布电容。因而,在开关管的集电极与散热片间放置绝缘屏蔽金属层,而且散热片接机壳地,金属层接到 热端零电位,减小集电极与散热片间藕合电容,然后减小散热片发生的辐射搅扰。
  对于高频变压器,首要应依据导磁体屏蔽性质来挑选导磁体构造,如用罐型铁芯和 El型铁芯,则导磁体的屏蔽效果极好。变压器外加屏蔽时,屏蔽盒不该紧贴在变压器外面,应留有必定的气隙。如选用有气隙的多层屏蔽物时,所得的屏蔽效果会 非常好。别的,在高频变压器中,常常需求消除初、次级线圈间的散布电容,可沿着线圈的全长,在线圈间垫上铜箔制成的开路带环,以减小它们之间的祸合,这个开 路带环既与变压器的铁芯衔接,又与电源的地衔接,起到静电屏蔽效果。假如条件答应,对全部开关电源加装屏蔽罩,那样就会非常好地按捺辐射搅扰。
  结束语
  跟着开关电源的体积越来越小、功率密度越来越大,EMI操控问题成为开关电源稳定性的一个关键因素。由上述剖析可知,选用EMI滤波技能、屏蔽技能、密封 技能及接地技能等,能够有效地按捺、消除搅扰源及受扰设备之间的祸合和辐射,堵截电磁搅扰的传达路径,然后进步开关电源的电磁兼容性。


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