开关电源电磁干扰分析及其抑制

摘要:在介绍反激式开关电源及其性能的基础上,讨论了该电源中的网侧谐波及抑制,开关缓冲、光电隔离等问题。

关键词:噪声;高次谐波;电磁干扰

0 引言

功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因。开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量,另一方面也导致了更为严重的EMI问题。如何减小产品的EMI,使其顺利通过FCC或IEC1000等EMC标准论证测试,已成为目前急须解决的问题。

1 EMI分析

具体电路如图1所示。
在差模干扰信号作用下,干扰源产生的电流i,在磁芯中产生方向相反的磁通Φ,磁芯中等于没有磁通,线圈电感几乎为零。因此不能抑制差模干扰信号。

在共模干扰信号作用下,两线圈产生的磁通方向相同,有相互加强的作用,每一线圈电感值为单独存在时的两倍。因此,这种接法的电磁线圈对共模干扰有很强的抑制作用。

电路中在电网与整流桥之间插入一共模扼流圈,该扼流圈对电网频率的差模网侧电流呈现极低的阻抗,因而对电网的压降极低;而对电源产生的高频共模噪声,等效阻抗较高,因而可以得到希望的插入损耗。

2.2 扼流圈L11与C11组成低通滤波器

扼流圈L11的等效电感为L,以电源端作为输入,电网方向作为输出,则电路图如图4所示。

图4 输入输出关系

其传递函数为
幅值为
A(ω)=|G(jω)|=(2)

相位为

L(ω)=201gA(ω)=-201g(3)


在低频段ω<<时,A(ω)≈1,L(ω)≈0 在高频段ω>>时,A(ω)≈,L(ω)≈-401gωLC11如图5所示。

由此可见,以上LC网络组成的低通滤波器,可滤除ω0=1/LC11以上的高次谐波。

图1 Flyback反激式电源电路

输入为交流220V,经功率二极管整流桥变为直流作为反激变换器的输入,输出为三组直流:+5V,15V,12V,另外有一辅助电源5V,用来给光耦PC817供电。控制电路用反馈控制,选用TOPSwicth系列的TOP223Y芯片。

开关电源工作时,其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的,因此,开关电源本身是一个噪声发生源。开关电源的干扰按噪声源种类分为尖峰干扰和谐波干扰两种。使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源,或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。

本电路中,交流输入电压Ui经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压,经电容C12平滑后变为直流,但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。如图2所示。


 图2 电容侧的电流电压波形

由图2中电流波形可知,电流中含有高次谐波。大量电流谐波分量流入电网,造成对电网的谐波污染。另外,由于电流是脉冲波,使电源输入功率因数降低。

2 EMI的抑制

2.1 高次谐波的抑制

在电路中采用共模扼流圈L11来抑制高次谐波。

开关电源二根进线而言,存在共模干扰和差模干扰,如图3(a)及图3(b)所示。

 


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