開(kāi)關(guān)電源EMC產(chǎn)生機理及其對策
EMC = EMI + EMS EMI : 電磁干擾EMS : 電磁相容性 (免疫力)
EMI可分為傳導Conduction及輻射Radiation兩部分,Conduction規范一般可分為: FCC Part 15J Class B;CISPR 22(EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3) Class B;國標IT類(lèi)(GB9254,GB17625)和AV類(lèi)(GB13837,GB17625)。FCC測試頻率在450K-30MHz,CISPR 22測試頻率在150K--30MHz,Conduction可以用頻譜分析儀測試,Radiation則必須到專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗室測試。
EN55022為Radiation Test Conduction Test (傳導 輻射測試); EN61000-3-2為Harmonic Test (電源諧波測試) ;EN61000-3-3為Flicker Test (電壓變動(dòng)測試)。
CISPR22(Comite Special des Purturbations Radioelectrique)應用于信息技術(shù)類(lèi)裝置, 適用于歐洲和亞洲地區;EN55022為歐洲標準,FCC Part 15 (Federal Communications Commission) 適用于美國,EN30220歐洲EMI測試標準,功率輻射測試標準是EN55013頻率在30MHZ-300MHz。
EN55011輻射測試標準是:有的頻率段要求較高,有的頻率段要求較低。傳導 (150KHZ-30MHZ) LISN主要是差模電流, 其共模阻抗為100歐姆(50 + 50); LISN主要是共模電流, 其總的電路阻抗為25歐姆(50 // 50)。
4線(xiàn) AV 60dB/uV 150KHZ-2MHZ start 9KHZ
5線(xiàn) PEAK 100dB/uV 150KHZ-3MHZ
6線(xiàn) PEAK 100dB/uV 2MHZ-30MHZ
7線(xiàn) QP 70dB/uV 150KHZ-500KHZ
Radiated (30MHZ-1GHZ): ADD 4N7/250V Y CAP 90dB/uV 30MHZ-300MHZ
EMI為電磁干擾,EMI是EMC其中的一部分,EMI(Electronic Magnetic Interference) 電磁干擾, EMI包括傳導、輻射、電流諧波、電壓閃爍等等。電磁干擾是由干擾源、藕合通道和接收器三部分構成的,通常稱(chēng)作干擾的三要素。 EMI線(xiàn)性正比于電流,電流回路面積以及頻率的平方即:EMI = K*I*S*F2。I是電流,S是回路面積,F是頻率,K是與電路板材料和其他因素有關(guān)的一個(gè)常數。
EMI是指產(chǎn)品的對外電磁干擾。一般情況下分為 Class A Class B 兩個(gè)等級。 Class A為工業(yè)等級,Class B 為民用等級 。民用的要比工業(yè)的嚴格,因為工業(yè)用的允許輻射稍微大一點(diǎn)。同樣產(chǎn)品在測試EMI中的輻射測試來(lái)講,在30-230MHz下,B類(lèi)要求產(chǎn)品的輻射限值不能超過(guò)40dBm 而A類(lèi)要求不能超過(guò)50dBm(以三米法電波暗室測量為例)相對要寬松的多,一般來(lái)說(shuō)CLASS A是指在EMI測試條件下,無(wú)需操作人員介入,設備能按預期持續正常工作,不允許出現低于規定的性能等級的性能降低或功能損失。
EMI是設備正常工作時(shí)測它的輻射和傳導。在測試的時(shí)候,EMI的輻射和傳導在接收機上有兩個(gè)上限,分別代表Class A和Class B,如果觀(guān)察的波形超過(guò)B的線(xiàn)但是低于A(yíng)的線(xiàn),那么產(chǎn)品就是A類(lèi)的。EMS是用測試設備對產(chǎn)品干擾,觀(guān)察產(chǎn)品在干擾下能否正常工作,如果正常工作或不出現超過(guò)標準規定的性能下降,為A級。能自動(dòng)重啟且重啟后不出現超過(guò)標準規定的性能下降,為B級。不能自動(dòng)重啟需人為重啟為C級,掛掉為D級。國標有D級的規定,EN只有A,B,C。EMI在工作頻率的奇數倍是最不好過(guò)的。
EMS(Electmmagnetic Suseeptibilkr) 電磁敏感度一般俗稱(chēng)為 “電磁免疫力”, 是設備抗外界騷擾干擾之能力,EMI是設備對外的騷擾。
EMS中的等級是指:Class A,測試完成后設備仍在正常工作;Class B,測試完成或測試中需要重啟后可以正常工作;Class C,需要人為調整后可以正常重啟并正常工作;Class D,設備已損壞,無(wú)論怎樣調整也無(wú)法啟動(dòng)。嚴格程度EMI是B>A,EMS是A>B>C>D。
電磁兼容三要素:任何電磁兼容性問(wèn)題都包含三個(gè)要素,即干擾源、敏感源和耦合路徑,這三個(gè)要素中缺少一個(gè),電磁兼容問(wèn)題就不會(huì )存在。
產(chǎn)生電磁干擾的條件: 突然變化的電壓或電流,即dV/dt或dI/dt很大;輻射天線(xiàn)或傳導導體。
電磁兼容標準對設備的要求有兩個(gè)方面:一個(gè)是工作時(shí)不會(huì )對外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響,另一個(gè)是不能對外界的電磁干擾過(guò)度敏感。前一個(gè)方面的要求稱(chēng)為干擾發(fā)射要求,后一個(gè)方面的要求稱(chēng)為敏感度要求。
電磁能量從設備內傳出或從外界傳入設備的途徑只有兩個(gè),一個(gè)是以電磁波的形式從空間傳播,另一個(gè)是以電流的形式沿導線(xiàn)傳播。因此,電磁干擾發(fā)射可以分為:傳導發(fā)射和輻射發(fā)射;敏感度也可以分為傳導敏感度和輻射敏感度。
電磁兼容標準分為基礎標準、通用標準、產(chǎn)品類(lèi)標準和專(zhuān)用產(chǎn)品標準。
基礎標準:描述了EMC現象、規定了EMC測試方法、設備,定義了等級和性能判據?;A標準不涉及具體產(chǎn)品。
產(chǎn)品類(lèi)標準:針對某種產(chǎn)品系列的EMC測試標準。往往引用基礎標準,但根據產(chǎn)品的特殊性提出更詳細的規定。
通用標準:按照設備使用環(huán)境劃分的,當產(chǎn)品沒(méi)有特定的產(chǎn)品類(lèi)標準可以遵循時(shí),使用通用標準來(lái)進(jìn)行EMC測試。對使設備的功能完全正常,也要滿(mǎn)足這些標準的要求。
關(guān)于制訂電磁兼容標準的組織和標準的介紹:
IEC(國際電工委員會(huì )):有兩個(gè)平行的組織制訂EMC標準,CISPR和TC77。
CISPR(國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì )):1934年成立。目前有七個(gè)分會(huì ):A分會(huì )(無(wú)線(xiàn)電干擾測量方法與統計方法)、B分會(huì )(工、科、醫療射頻設備的無(wú)線(xiàn)電干擾)、C分會(huì )(電力線(xiàn)、高壓設備和電牽引系統的無(wú)線(xiàn)電干擾)、D分會(huì )(機動(dòng)車(chē)和內燃機的無(wú)線(xiàn)電干擾)、E分會(huì )(無(wú)線(xiàn)接收設備干擾特性)、F分會(huì )(家電、電動(dòng)工具、照明設備及類(lèi)似電器的無(wú)線(xiàn)電干擾)、G分會(huì )(信息設備的無(wú)線(xiàn)電干擾)。
TC77(第77技術(shù)委員會(huì )):1981年成立。目前有3個(gè)分會(huì ):SC77A(低頻現象)、 SC77B(高頻現象)、 SC77C(對高空核電磁脈沖的抗擾性)。
CENELEC(歐洲電工標準化委員會(huì )):由歐共體委員會(huì )授權制訂歐洲標準。EN標準中引用了很多CISPR和IEC標準,其對應關(guān)系如下:
EN55××× = CISPR標準, (例: EN55011 = CISPR Pub.11)
EN6×××× = IEC標準, (例: EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11)
EN50××× = CENELEC自定標準, (例: EN50801 )
FCC(聯(lián)邦通信委員會(huì ))全名為Federal Communications Commission:是管理電腦, 周邊及通信產(chǎn)品等銷(xiāo)售美國之審核授權機抅, 主要制訂民用產(chǎn)品標準,關(guān)于電磁兼容的標準主要包括在FCC Part15和FCC Part 18中。
FCC Part 15 subpart B規定: 凡利用數位技術(shù)之電子裝置或系統, 及使用或產(chǎn)生脈波頻率超過(guò)10KHz之器材,皆須依規定進(jìn)行測試認證后, 才可以在美國市場(chǎng)銷(xiāo)售。
MIL-STD(美軍標):典型的是MIL-STD –461D。這個(gè)標準不僅規定了最大輻射發(fā)射和傳導發(fā)射的限制,還規定了系統對輻射和傳導干擾的敏感度要求。配套標準MIL-STD-462規定了必要的測試裝置。商業(yè)公司經(jīng)常將MIL-STD-461中的某些部分作為產(chǎn)品內部EMC規范。
VCCI(干擾自愿控制委員會(huì )):民間機構,其標準與CISPR和IEC一致。
GB(中國國家標準):基本采用CISPR和IEC標準,目前已發(fā)布57個(gè)。
GJB(中國軍用標準):基本采用美軍標,例如GJB151A = MIL-STD –461D。
軍用設備
為軍用設計的電子系統必須滿(mǎn)足MIL-STD-461D的要求, 另一個(gè)關(guān)于EMI的軍用標準是保密的TEMPEST計劃,這是用來(lái)保證保密通信系統安全的?,F在可以接收并復現出大多數電子設備政黨工作時(shí)所發(fā)射的功率很低的射頻信號。象對電子竊聽(tīng)很脆弱的CRT終端那樣的軍用產(chǎn)品就屬于TEMPEST的范疇。在實(shí)踐中,TEMPEST控制設備和系統的發(fā)射,使無(wú)法解譯攜帶信息的信號。
由于關(guān)于EMC的法規和標準十分復雜,關(guān)于信息技術(shù)設備的相關(guān)標準總結在表1.9中。一些標準的頻率范圍在圖1-3中標明。
CE標示: 源自歐共體各會(huì )員國(European Community)縮寫(xiě)的總稱(chēng), 並以此為標志。規范產(chǎn)品是否符合歐體為保障民眾安全健康以及環(huán)境保護等利益所訂定之基本安全要求。
CE = EMC + LVD EMC : 電磁干擾及電磁相容性 LVD : 低電壓指令
測量場(chǎng)地:GB要求在開(kāi)闊場(chǎng)地中測量,GJB要求在屏蔽半無(wú)反射室中測量,由于電磁環(huán)境日趨惡化,開(kāi)闊場(chǎng)中的背景干擾往往嚴重影響測量,因此,GB測量也開(kāi)始在屏蔽半無(wú)反射室中做,但要求半無(wú)反射室中的電磁場(chǎng)分布與開(kāi)闊場(chǎng)近似。
天線(xiàn)到EUT(受試設備)的距離:GB要求為3米、10米或30米,GJB要求為1米;
測量?jì)热荩篏B僅測量電場(chǎng)輻射發(fā)射,GJB對電場(chǎng)輻射和磁場(chǎng)輻射都要測量;
測量頻率范圍:GB規定的測量范圍為30MHz ~ 1GHz,隨著(zhù)時(shí)鐘頻率的升高,有擴展到18GHz的趨勢,GJB規定的測量頻率范圍為10kHz ~ 18GHz。
EUT的布置:GB和GJB都要求EUT按照實(shí)際工作狀態(tài)布置(互聯(lián)電纜和所連接的外部設備全部按實(shí)際狀態(tài)連接),GB要求EUT放置在木制測試臺上,GJB要求EUT放置在金屬板上。距離地面的距離為0.8米;
檢波方式:干擾測量?jì)x的讀數與檢波方式有關(guān),因此標準中都明確規定檢波方式,GB要求準峰值檢波,GJB要求峰值檢波;
最大輻射點(diǎn):與處理電磁兼容問(wèn)題的原則相同,僅關(guān)心最壞情況。因此,以EUT的最大輻射值為測量結果。最大輻射值的含義有4個(gè),第一:EUT的工作狀態(tài)處于最大輻射狀態(tài),第二:EUT最大輻射面對著(zhù)天線(xiàn),第三:天線(xiàn)的極化方向為接收最大場(chǎng)強的方向,第四:天線(xiàn)的高度為接收最大場(chǎng)強的位置。GJB中,沒(méi)有第四點(diǎn)的要求,即,天線(xiàn)的高度是固定的。
測量設備:
騷擾測量設備:用來(lái)定量計量騷擾強度的設備,可以是EMI測量接收機,也可以是頻譜分析儀,頻率范圍要覆蓋150KHz~30MHz,具有峰值、準峰值和平均值檢波功能。
線(xiàn)路阻抗穩定網(wǎng)絡(luò )(LISN):由于電源端子傳導發(fā)射的強度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān),因此為了使測量具有唯一性,必須在特定的阻抗條件下測量,LISN就提供了這樣一個(gè)環(huán)境,GB9254標準中使用的LISN為50Ω/50μH。
接地平板:受試設備要放置在接地金屬板上進(jìn)行試驗,該金屬板比被測設備邊框大0.5米,最小尺寸為2m×2m。
電快速脈沖試驗模擬電網(wǎng)中的感性負載斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的干擾。這種干擾不僅會(huì )出現在電源線(xiàn)上,而且會(huì )耦合到信號線(xiàn)上。因此,這個(gè)試驗要對電源線(xiàn)和信號線(xiàn)做。設備能夠通過(guò)浪涌試驗,并不意味著(zhù)也能通過(guò)電快速脈沖試驗。一方面是因為后者的頻率成份遠高于前者,具備不同的干擾機理,令一方面是因為電快速脈沖試驗中施加的干擾是重復性,這對電路具有一種積分效應,是電路中的積分型抗干擾電路實(shí)效。
頻譜分析儀能夠快速地在較寬的頻率范圍內掃描,因此是診斷電磁干擾發(fā)射的方便工具。使用頻譜分析儀時(shí)需要注意的問(wèn)題:頻譜分析儀不能觀(guān)測瞬間干擾,如靜電放電、雷電等;頻譜分析儀的掃描時(shí)間不能設置得太短,即不能使掃描速度太快;從頻譜分析儀屏幕上讀取頻率與幅度數據時(shí),其精度與頻譜儀的掃描范圍有關(guān),范圍越窄,精度越高;當輸入信號過(guò)大時(shí),頻譜分析儀會(huì )發(fā)生過(guò)載,使讀取的幅度數據比實(shí)際的小,用輸入衰減器可以避免過(guò)載;減小頻譜儀的中頻帶寬可以提高儀器的靈敏度(和選擇性),但掃描時(shí)間會(huì )更長(cháng);寬帶信號的幅度會(huì )隨著(zhù)中頻分辨帶寬的增加而增加。
電磁干擾(EMI)接收機是另一種測量電磁干擾的設備,許多人在選購儀器時(shí)搞不懂接收機與頻譜儀之間的區別,下面做一簡(jiǎn)單比較:
所有的接收機都標準配置預選器(頻譜儀需要選配),能夠有效地抑制帶外噪聲;所有的接收機用基頻混頻方式(頻譜儀使用基頻和諧頻混頻),具有較高的靈敏度;接收機的中頻濾波器為矩形(頻譜儀的中頻濾波器為高斯形),具有更好的選擇性;接收機適合于正式測量,不適合于診斷。
EMC試驗室有華測(CTI)、SGS、信測、信華、華通威、冠準、莫特、廣州ETL、廣州五所、東莞經(jīng)續、東莞沃特、厚街北南、長(cháng)安世鴻、長(cháng)安碩信(ATT)、大朗信寶、塘夏歐標、摩爾實(shí)驗室、經(jīng)續檢驗技術(shù)有限公司等。像美國的FCC只測EMI中的輻射和傳導,不測EMS。有些國家EMI和EMS是分開(kāi)測的,有些國家是一起像CCC認證CE認證?,F在很多電器類(lèi)產(chǎn)品做CE還要加測電磁波騷擾EMF,標準是EN-50336。電源EMI技術(shù)就算能達到標準,有的產(chǎn)品要求要達一定的濕度測試。在深圳濕試控制都比較難做。深圳幾家大實(shí)驗室,都比較難,空間問(wèn)題。EMI不只包括傳導,輻射,電流諧波與電壓閃爍也是EMI的部分。諧波和閃爍是設備對外的,而不是外界對設備的,所以是EMI,不是EMS。
開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理及其傳播途徑
功率開(kāi)關(guān)器件的高額開(kāi)關(guān)動(dòng)作是導致開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開(kāi)關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量,另一方面也導致了更為嚴重的EMI問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源工作時(shí),其內部的電壓和電流波形都是在非常短的時(shí)間內上升和下降的,因此,開(kāi)關(guān)電源本身是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對電子系統和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源,或者切斷電源噪聲和電子系統、電網(wǎng)之間的耦合途徑?,F在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明:
1、二極管的反向恢復時(shí)間引起的干擾
交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓,經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?,但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知,電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng),造成對電網(wǎng)的諧波污染。另外,由于電流是脈沖波,使電源輸入功率因數降低。
高頻整流回路中的整流二極管正向導通時(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉向截止時(shí),由于PN結中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì )反向流動(dòng),致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。
2、開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾
功率開(kāi)關(guān)管在導通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開(kāi)關(guān)時(shí),這種諧 波干擾將會(huì )很小。另外,功率開(kāi)關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì )產(chǎn)生 尖峰干擾。
3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復期間會(huì )引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出線(xiàn)傳播出去而形成的干擾稱(chēng)之為傳導干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,通過(guò)輸入輸出線(xiàn)傳播時(shí),都會(huì )在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱(chēng)為輻射干擾。
4、其他原因
元器件的寄生參數,開(kāi)關(guān)電源的原理圖設計不夠完美,印刷線(xiàn)路板(PCB)走線(xiàn)通常采用手工布 置,具有很大的隨意性,PCB的近場(chǎng)干擾大,并且印刷板上器件的安裝、放置,以及方位的不合理都會(huì )造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數的提取和近場(chǎng)干擾估計的難度。
Flyback 架構noise 在頻譜上的反應
0.15 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾。
0.2 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的4次諧波和Mosfet 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加,引起的干擾;所以這部分較強。
0.25 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;
0.35 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;
0.39 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的8次諧波和Mosfet 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加引起的干擾;
1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diode 振蕩1(1.31MHz)的基波引起的干擾;
3.3 MHz處產(chǎn)生的振蕩是Mosfet 振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾;
開(kāi)關(guān)管、整流二極管的振蕩會(huì )產(chǎn)生較強的干擾
設計開(kāi)關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施:
1.把噪音電路節點(diǎn)的PCB銅箔面積最大限度地減小;如開(kāi)關(guān)管的漏極、集電極,初次級繞組的節點(diǎn),等。
2.使輸入和輸出端遠離噪音元件,如變壓器線(xiàn)包,變壓器磁芯,開(kāi)關(guān)管的散熱片,等等。
3. 使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線(xiàn)包,未遮蔽的變壓器磁芯,和開(kāi)關(guān)管,等等)遠離外殼邊緣,因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線(xiàn)。
4. 如果變壓器沒(méi)有使用電場(chǎng)屏蔽,要保持屏蔽體和散熱片遠離變壓器。
5. 盡量減小以下電流環(huán)的面積:次級(輸出)整流器,初級開(kāi)關(guān)功率器件,柵極(基極)驅動(dòng)線(xiàn)路,輔助整流器。
6.不要將門(mén)極(基極)的驅動(dòng)返饋環(huán)路和初級開(kāi)關(guān)電路或輔助整流電路混在一起。
7.調整優(yōu)化阻尼電阻值,使它在開(kāi)關(guān)的死區時(shí)間里不產(chǎn)生振鈴響聲。
8. 防止EMI濾波電感飽和。
9.使拐彎節點(diǎn)和 次級電路的元件遠離初級電路的屏蔽體或者開(kāi)關(guān)管的散熱片。
10.保持初級電路的擺動(dòng)的節點(diǎn)和元件本體遠離屏蔽或者散熱片。
11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端。
12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線(xiàn)端子。
13. 使EMI濾波器對面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離。
14.在輔助線(xiàn)圈的整流器的線(xiàn)路上放一些電阻。
15.在磁棒線(xiàn)圈上并聯(lián)阻尼電阻。
16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻。
17.在PCB設計時(shí)允許放1nF/ 500 V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻,跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間。
18.保持EMI濾波器遠離功率變壓器;尤其是避免定位在繞包的端部。
19.在PCB面積足夠的情況下, 可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置,RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端。
20.空間允許的話(huà)在開(kāi)關(guān)功率場(chǎng)效應管的漏極和門(mén)極之間放一個(gè)小徑向引線(xiàn)電容器(米勒電容, 10皮法/ 1千伏電容)。
21.空間允許的話(huà)放一個(gè)小的RC阻尼器在直流輸出端。
22. 不要把AC插座與初級開(kāi)關(guān)管的散熱片靠在一起。
開(kāi)關(guān)電源EMI的特點(diǎn)
作為工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的能量轉換裝置,開(kāi)關(guān)電源的電壓、電流變化率很高,產(chǎn)生的干擾強度較大;干擾源主要集中在功率開(kāi)關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器,相對于數字電路干擾源的位置較為清楚;開(kāi)關(guān)頻率不高(從幾十千赫和數兆赫茲),主要的干擾形式是傳導干擾和近場(chǎng)干擾;而印刷線(xiàn)路板 (PCB)走線(xiàn)通常采用手工布線(xiàn),具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數的提取和近場(chǎng)干擾估計的難度。
1MHZ以?xún)?---以差模干擾為主,增大X電容就可解決
1MHZ---5MHZ---差模共?;旌?采用輸入端并一系列X電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并解決;
5M---以上以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法.對于外殼接地的,在地線(xiàn)上用一個(gè)磁環(huán)繞2圈會(huì )對10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);對于25--30MHZ不過(guò)可以采用加大對地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCB LAYOUT、輸出線(xiàn)前面接一個(gè)雙線(xiàn)并繞的小磁環(huán),最少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器.
30---50MHZ 普遍是MOS管高速開(kāi)通關(guān)斷引起,可以用增大MOS驅動(dòng)電阻,RCD緩沖電路采用1N4007慢管,VCC供電電壓用1N4007慢管來(lái)解決.
100---200MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復電流引起,可以在整流管上串磁珠
100MHz-200MHz之間大部分出于PFC MOSFET及PFC 二極管,現在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果,水平方向基本可以解決問(wèn)題,但垂直方向就很無(wú)奈了
開(kāi)關(guān)電源的輻射一般只會(huì )影響到100M 以下的頻段.也可以在MOS,二極管上加相應吸收回路,但效率會(huì )有所降低。
1MHZ 以?xún)?---以差模干擾為主
1.增大X 電容量;
2.添加差模電感;
3.小功率電源可采用PI 型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。
1MHZ---5MHZ---差模共?;旌?,
采用輸入端并聯(lián)一系列X 電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并以解決,
1.對于差模干擾超標可調整X 電容量,添加差模電感器,調差模電感量;
2.對于共模干擾超標可添加共模電感,選用合理的電感量來(lái)抑制;
3.也可改變整流二極管特性來(lái)處理一對快速二極管如FR107 一對普通整流二極管1N4007。
5M---以上以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法。
對于外殼接地的,在地線(xiàn)上用一個(gè)磁環(huán)串繞2-3 圈會(huì )對10MHZ 以上干擾有較大的衰減作用;可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔, 銅箔閉環(huán).處理后端輸出整流管的吸收電路和初級大電路并聯(lián)電容的大小。
對于20--30MHZ,
1.對于一類(lèi)產(chǎn)品可以采用調整對地Y2 電容量或改變Y2 電容位置;
2.調整一二次側間的Y1 電容位置及參數值;
3.在變壓器外面包銅箔;變壓器最里層加屏蔽層;調整變壓器的各繞組的排布。
4.改變PCB LAYOUT;
5.輸出線(xiàn)前面接一個(gè)雙線(xiàn)并繞的小共模電感;
6.在輸出整流管兩端并聯(lián)RC 濾波器且調整合理的參數;
7.在變壓器與MOSFET 之間加BEAD CORE;
8.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容。
9. 可以用增大MOS 驅動(dòng)電阻.
30---50MHZ 普遍是MOS 管高速開(kāi)通關(guān)斷引起,
1.可以用增大MOS 驅動(dòng)電阻;
2.RCD 緩沖電路采用1N4007 慢管;
3.VCC 供電電壓用1N4007 慢管來(lái)解決;
4.或者輸出線(xiàn)前端串接一個(gè)雙線(xiàn)并繞的小共模電感;
5.在MOSFET 的D-S 腳并聯(lián)一個(gè)小吸收電路;
6.在變壓器與MOSFET 之間加BEAD CORE;
7.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容;
8.PCB 心LAYOUT 時(shí)大電解電容,變壓器,MOS 構成的電路環(huán)盡可能的??;
9.變壓器,輸出二極管,輸出平波電解電容構成的電路環(huán)盡可能的小。
50---100MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復電流引起,
1.可以在整流管上串磁珠;
2.調整輸出整流管的吸收電路參數;
3.可改變一二次側跨接Y電容支路的阻抗,如PIN腳處加BEAD CORE或串接適當的電阻;
4.也可改變MOSFET,輸出整流二極管的本體向空間的輻射(如鐵夾卡MOSFET; 鐵夾卡DIODE,改變散熱器的接地點(diǎn))。
5.增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射.
200MHZ 以上 開(kāi)關(guān)電源已基本輻射量很小,一般可過(guò)EMI 標準。
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