开关电源电磁干扰机理与抑制措施

开关电源电磁搅扰按捺的意图是使商品在一定的电磁环境下遭到电磁搅扰时,无功能的下降或毛病,能作业正常,一起对电磁环境不构成污染。
  一、开关电源电磁搅扰的发生机理
  开关电源发生的搅扰,按噪声搅扰源品种来分,可分为尖峰搅扰和谐波搅扰两种。若按耦合通路来分,可分为传导搅扰和辐射搅扰两种。现在按噪声搅扰源来别离阐明;
  1、二极管的反向康复时间导致的搅扰
  高频整流回路中的整流二极管正导游通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,因为pn结中有较多的载流子积累,因而在载流子不见之前的一段时间里,电流会反向活动,致使载流子不见的反向康复电流急剧减少而发作很大的电流改变(di/dt)。
  2开关管作业时发生的谐波搅扰
  功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型,推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中富含丰厚的高次谐波重量。当选用零电流、零电压开关时,这种谐波搅扰将会很小。别的,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感导致的电流骤变,也会发生尖峰搅扰。
  3沟通输入回路发生的搅扰
  无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向康复期间会导致高频衰减振动发生搅扰。
  开关电源发生的尖峰搅扰和谐波搅扰能量,经过开关电源的输入输出线传达出去而构成的搅扰称之为传导搅扰;而谐波和寄生振动的能量,经过输入输出线传达时,都会在空间发生电场和磁场。这种经过电磁辐射发生的搅扰称为辐射搅扰。
  4、别的要素
  元器材的寄生参数,开关电源的原理图规划不行完美,打印线路板(pcb)走线一般选用手艺布置,具有很大的随意性,pcb的近场搅扰大,并且打印板上器材的装置、放置,以及方位的不合理都会构成emi搅扰。
  二、电磁搅扰的有关理论
  1、开关电源的首要电磁搅扰源
  开关电源中的电磁搅扰源首要有开关器材、二极管和非线性无源元件。在开关电源中,印制板布线不妥也是导致电磁搅扰的一个首要因数。
  1.1开关电路发生的电磁搅扰
  对开关电源来说,开关电路发生的电磁搅扰是其首要搅扰源之一。开关电路是开关电源的中心,首要由开关管和高额变压器构成。他发生的dv/dt具有较大的脉冲,频带较宽且谐波丰厚。这种脉冲搅扰发生的首要要素是:
  (1)开关管负载为高频变压器初级线圈,是理性负载。在开关导通刹那间,初级线圈发生很大的涌流,并在初级线圈的两头呈现较高的浪涌尖峰电压.在开关管断开刹那间,因为初级线圈的漏磁通,致使一有些能量没有从一次线圈传输到二次线圈,储藏在电感中的这有些能量将和集电极电路中的电容、电阻构成带有尖峰的衰减振动,叠加在关断电压上,构成关断尖峰电压。
  这种电源电压中止会发生与初级线圈接通时相同的磁化冲击电流瞬变,这个噪声会传导到输入输出端,构成传导搅扰,重者有也许击穿开关管。
  (2)脉冲变压器初级线圈,开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路也许发生较大的空间辐射,构成辐射搅扰,假如电容滤波容量缺乏或高频特性欠好,电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式传导到沟通电源中构成传导搅扰。
1.1.2二极管整流电路发生的电磁搅扰
  主电路中整流二极管发生的反向康复电流的1di/dt1远比续流二极管康复电流Idi/dtl小得多。作为电磁搅扰源来研讨,整流二极管反向康复电流构成的搅扰强度大,频带宽。整流二极管发生的电压跳变远小于电源中的功率开关管导通和关断时发生的电压跳变。因而,不计整流二极管发生的Idv/dtI和Idi/dtl的影响,而把整流电路当成电磁搅扰耦合通道的一有些来研讨也是可以的。

  2、开关电源电磁搅扰的耦合通道
  开关电源经过耦合通道对自身发生搅扰。一般多选用差模和共模搅扰加以分析。
  “共模搅扰”是指搅扰巨细和方向共同,其存在于电源任何一相对大地,或中线对大地间。共模搅扰也称纵模搅扰、不对称搅扰或接地搅扰。是载流体与大地之间的搅扰。
  “差模搅扰”是指搅扰巨细持平,方向相反,其存在于电源相线与中线之间。差模搅扰也称常模搅扰、横模搅扰或对称搅扰。·这是载流体之间的搅扰。

  共模搅扰阐明晰搅扰是由辐射或串扰耦合到电路中的。而差模搅扰则阐明晰搅扰是源于同一条电路的。一般这两种搅扰是一起存在的,因为线路阻抗的不平衡,两种搅扰在传输中还会互相转化.所以状况非常复杂。

  三、按捺搅扰的几种方法
  构成电磁搅扰的三要素是搅扰源、传达路径和受扰设备。因而,按捺电磁搅扰也应当从这3方面着手。首要应当按捺搅扰源,直接消除搅扰要素,其次是消除搅扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,堵截电磁搅扰的传达路径;第三是进步受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。现在按捺搅扰的几种方法基本上都是用堵截电磁搅扰源和受扰设备之间的耦合通道,它们确是卓有成效的方法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。

  选用屏蔽技能可以有用地按捺开关电源的电磁辐射搅扰。例如,功率开关管和输出二极管一般有较大的功率损耗,为了散热往往需求装置散热器或直接装置在电源底板上。器材装置时需求导热功能好的绝缘片进行绝缘.这就使器材与底板和散热器之间发生了分布电容,开关电源的底板是沟通电源的地线,因而经过器材与底板之间的分布电容将电磁搅扰耦合到沟通输入端发生共模搅扰,处理这个疑问的方法是选用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割断了射频搅扰向输入电网传达的路径。为了按捺开关电源发生的辐射,电磁搅扰对别的电子设备的影响,可彻底依照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与体系的机壳和地衔接为一体,就能对电磁场进行有用的屏蔽。电源某些有些与大地相连可以起到按捺搅扰的效果。例如,静电屏蔽层接地可以按捺改变电场的搅扰。

  电磁屏蔽用的导体准则上可以不接地,但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而发生所谓“负静电屏蔽”效应。所以仍以接地为好,这么使电磁屏蔽能一起表现静电屏蔽的效果。电路的公共参阅点与大地相连,可为信号回路供给安稳的参阅电位。因而,体系中的安全维护地线、屏蔽接地线和公共参阅地线各自构成接地母线后,终究都与大地相连.

  在电路体系规划中应遵循。一点接地”的准则,假如构成多点接地,会呈现闭合的接地环路,当磁力线穿过该回路时将发生磁感应噪声,实际上很难完成“一点接地”。因而,为下降接地阻抗,消除分布电容的影响而采纳平面式或多点接地.使用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参阅地。需求接地的各有些就近接到该参阅地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路体系中,应别离将低频电路、高频电路、功率电路的地线独自衔接后,再衔接到公共参阅点上。

  滤波是按捺传导搅扰的一种极好的方法。例如,在电源输入端接上滤波器,可以按捺开关电源发生并向电网反应的搅扰.也可以按捺来自电网的噪声对电源自身的损害。在滤波电路中,还选用许多专用的滤波元件,如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环,它们可以改进电路的滤渡特性。恰当地规划或选择滤波器,并正确地装置和使用滤波器,是抗搅扰技能的主要构成有些。
  发生开关电源电磁搅扰的要素还许多,按捺电磁搅扰还有很多的作业。全部按捺开关电源的各种噪声会使开关电源得到更广泛的使用。


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