高頻開(kāi)關(guān)電源設計中的電磁兼容性問(wèn)題研究

3.5 屏蔽技術(shù)

抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生騷擾輻射的又一種方法是屏蔽，目的是切斷電磁波的傳播途徑，用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問(wèn)題不會(huì )影響電路的正常工作。它用電導率良好的材料對電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，用磁導率高的材料對磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。為了防止脈沖變壓器的磁場(chǎng)泄露，可利用閉合環(huán)形成磁屏蔽，另外，還要對整個(gè)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽。屏蔽應考慮散熱和通風(fēng)問(wèn)題，屏蔽外殼上的通風(fēng)孔最好為圓形多孔，在滿(mǎn)足通風(fēng)的條件下，孔的數量可以多，每個(gè)孔的尺寸要盡可能小。接縫處要焊接，以保證電磁通路的連續性，如果采用螺釘固定，注意螺釘間距要短。屏蔽外殼的引入、引出線(xiàn)處要采取濾波措施，否則，這些會(huì )成為騷擾發(fā)射天線(xiàn)，嚴重降低屏蔽效果。若對電場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼一定要接地，否則，將起不到屏蔽效果；若對磁場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼則不需接地。對非嵌入的外置式開(kāi)關(guān)電源的外殼一定要進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽，否則，很難通過(guò)輻射騷擾測試。對于開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，主要是做好機殼屏蔽，高頻變壓器屏蔽，開(kāi)關(guān)管和整流二極管的屏蔽，采用光電隔離技術(shù)。功率開(kāi)關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率損耗,為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時(shí)需要用導熱性能好的絕緣片進(jìn)行絕緣,這就使器件與底板和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容,開(kāi)關(guān)電源的底板是交流電源的地線(xiàn),因而通過(guò)器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產(chǎn)生共模干擾,解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割斷射頻干擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。為了抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射電磁干擾對其他電子設備的影響,可完全按照對磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩,然后將整個(gè)屏蔽罩與系統的機殼和地連接為一體,就能對電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如,靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場(chǎng)的干擾;電磁屏蔽用的導體原則上可以不接地,但不接地的屏蔽導體時(shí)常增強靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負靜電屏蔽”效應,所以仍以接地為好,這樣使電磁屏蔽能同時(shí)發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連,可為信號回路提供穩定的參考電位。因此,系統中的安全保護地線(xiàn)、屏蔽接地線(xiàn)和公共參考地線(xiàn)各自形成接地母線(xiàn)后,最終都與大地相連。

3.6 元器件布局及印制電路板布線(xiàn)技術(shù)

開(kāi)關(guān)電源的輻射騷擾與電流通路中的電流大小、通路的環(huán)路面積、以及電流頻率的平方的乘積成正比，即輻射騷擾E∝IAf2。運用這一關(guān)系的前提是通路尺寸遠小于頻率的波長(cháng)。

上述關(guān)系式表明減小通路面積是減小輻射騷擾的關(guān)鍵，即是說(shuō)開(kāi)關(guān)電源的元器件彼此要緊密排列。在初級電路中，要求輸入端電容、晶體管和變壓器彼此靠近，且布線(xiàn)緊湊；在次級電路中，要求二極管、變壓器和輸出端電容彼此貼近。

在設計印制電路板時(shí)，應盡量將相互關(guān)聯(lián)的元器件擺放在一起，以避免因元器件離的太遠而造成印制線(xiàn)過(guò)長(cháng)所帶來(lái)的干擾；再者將輸入信號和輸出信號盡量放置在引線(xiàn)端口附近，以避免因耦合路徑而產(chǎn)生的干擾。在印制板上，將正負載流導線(xiàn)分別緊靠布在印制板的兩面，并設法使之保持平行，因為平行緊靠的正負載流導體所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)是趨向于相互抵消的。實(shí)踐證明，印制板的元器件布置和布線(xiàn)設計對開(kāi)關(guān)電源EMC性能有極大的影響，在高頻開(kāi)關(guān)電源中，由于印制板上既有電平為±5V～±15V的小信號控制線(xiàn)，又有高壓電源母線(xiàn)，同時(shí)還有一些高頻功率開(kāi)關(guān)、磁性元件，如何在印制板有限的空間內合理地安排元器件位置，將直接影響到電路中各元器件自身的抗干擾性和電路工作的可靠性。另外，切忌兩條印制信號線(xiàn)平行走線(xiàn)。如果平行走線(xiàn)無(wú)法避免，可通過(guò)以下方法來(lái)補救：

1）在兩條信號線(xiàn)之間加一條地線(xiàn)，以起屏蔽作用；

2）盡量拉開(kāi)兩條平行信號線(xiàn)之間的距離，以降低兩線(xiàn)之間電磁場(chǎng)的影響；

3）使兩條平行的信號線(xiàn)流過(guò)的電流方向相反。布線(xiàn)間的電磁耦合是通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行的，因此在布線(xiàn)時(shí)，應注意對電場(chǎng)與磁場(chǎng)耦合的抑制。對電場(chǎng)的抑制方法有：

1）盡量增大線(xiàn)間距離，使電容耦合為最??；

2）采用靜電屏蔽，屏蔽層要接地；

3）降低敏感線(xiàn)路的輸入阻抗。

對磁場(chǎng)的抑制方法有：

1）減小騷擾源和敏感電路的環(huán)路面積；

2）增大線(xiàn)間距離，使耦合騷擾源與敏感電路間的互感盡可能地??；

3）最好使騷擾源與敏感電路呈直角布線(xiàn)，以便大大降低線(xiàn)路間耦合。

另外，通過(guò)分析印制導線(xiàn)的特性阻抗，來(lái)選取印制導線(xiàn)的放置方式、長(cháng)度、寬度以及布局方式。單根導線(xiàn)的特性阻抗由直流電阻R和自感L組成，印制線(xiàn)l越短，直流電阻R就越??；同時(shí)增加印制線(xiàn)的寬度和厚度也可降低直流電阻R。印制線(xiàn)長(cháng)度l越短，自感L就越小,而且增加印制線(xiàn)的寬度b也可降低自感L。而多根印制線(xiàn)的特性阻抗除由直流電阻R和自感L組成外，還有互感M的影響，互感M除受印制線(xiàn)的長(cháng)度和寬度影響外，印制線(xiàn)之間距離也起著(zhù)重要的作用，增大兩線(xiàn)的間距可減少互感。針對以上現象，在設計印制電路板時(shí)，應盡量降低電源線(xiàn)和地線(xiàn)的阻抗，因為電源線(xiàn)、地線(xiàn)和其它印制線(xiàn)都有電感，當電源電流變化較大時(shí)，將會(huì )產(chǎn)生較大的壓降，而地線(xiàn)壓降是形成公共阻抗干擾的重要因素，所以應盡量縮短地線(xiàn)，也可盡量加粗電源線(xiàn)和地線(xiàn)線(xiàn)條。在雙面印制板設計中，除盡可能地加粗電源線(xiàn)和地線(xiàn)線(xiàn)條之外，還應在地線(xiàn)和電源線(xiàn)之間安裝高頻特性好的去耦電容。

4 結語(yǔ)

要提高開(kāi)關(guān)頻率，提高開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品的質(zhì)量，電磁兼容性問(wèn)題必須重點(diǎn)考慮。本文是在分析了干擾產(chǎn)生機理以及經(jīng)過(guò)大量實(shí)踐的基礎上，提出的行之有效的抑制措施。產(chǎn)生開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作要做。在設計時(shí)，還要從消除騷擾源和受擾設備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑出發(fā)，使開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾降到最低點(diǎn)。