EMI抑制方法分析研究

研究方向：

* 四種抑制開(kāi)關(guān)管及二極管EMI的方法

解決方案：

* 并聯(lián)RC吸收電路和串聯(lián)可飽和磁芯線(xiàn)圈主要抑制高電壓和浪涌電流

* 準諧振技術(shù)主要減小開(kāi)關(guān)管上的開(kāi)關(guān)損耗并抑制其電磁干擾

* LLC串聯(lián)諧振技術(shù)可以抑制開(kāi)關(guān)管及二極管EMI

摘要：隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷進(jìn)步,開(kāi)關(guān)電源向高頻化、高效化方向迅猛發(fā)展，EMI抑制已成為開(kāi)關(guān)電源設計的重要指標。本文結合開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)管及二極管EMI產(chǎn)生機理，列舉出：并接吸收電路、串接可飽和磁芯線(xiàn)圈、傳統準諧振技術(shù)、LLC串聯(lián)諧振技術(shù)四種抑制EMI的方法，并對其抑制效果進(jìn)行比較分析。

1 引言

電磁干擾( EMI) 就是電磁兼容不足,是破壞性電磁能從一個(gè)電子設備通過(guò)傳導或輻射到另一個(gè)電子設備的過(guò)程。近年來(lái)，開(kāi)關(guān)電源以其頻率高、效率高、體積小、輸出穩定等優(yōu)點(diǎn)而迅速發(fā)展起來(lái)。開(kāi)關(guān)電源已逐步取代了線(xiàn)性穩壓電源，廣泛應用于計算機、通信、自控系統、家用電器等領(lǐng)域。但是由于開(kāi)關(guān)電源工作在高頻狀態(tài)及其高di/dt 和高dv/dt，使開(kāi)關(guān)電源存在非常突出的缺點(diǎn)——容易產(chǎn)生比較強的電磁干擾(EMI)信號。EMI信號不但具有很寬的頻率范圍，還具有一定的幅度，經(jīng)傳導和輻射會(huì )污染電磁環(huán)境，對通信設備和電子產(chǎn)品造成干擾。所以，如何降低甚至消除開(kāi)關(guān)電源中的EMI問(wèn)題已經(jīng)成為開(kāi)關(guān)電源設計師們非常關(guān)注的問(wèn)題。本文著(zhù)重介紹開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)管及二極管EMI的四種抑制方法。

2 開(kāi)關(guān)管及二極管EMI產(chǎn)生機理

開(kāi)關(guān)管工作在硬開(kāi)關(guān)條件下開(kāi)關(guān)電源自身產(chǎn)生電磁干擾的根本原因，就是在其工作過(guò)程中的開(kāi)關(guān)管的高速開(kāi)關(guān)及整流二極管的反向恢復產(chǎn)生高 di/dt和高dv/dt，它們產(chǎn)生的浪涌電流和尖峰電壓形成了干擾源。開(kāi)關(guān)管工作在硬開(kāi)關(guān)時(shí)還會(huì )產(chǎn)生高di/dt和高dv/dt，從而產(chǎn)生大的電磁干擾。圖1繪出了接感性負載時(shí)，開(kāi)關(guān)管工作在硬開(kāi)關(guān)條件下的開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)軌跡，圖中虛線(xiàn)為雙極性晶體管的安全工作區，如果不改善開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)條件，其開(kāi)關(guān)軌跡很可能會(huì )超出安全工作區，導致開(kāi)關(guān)管的損壞。由于開(kāi)關(guān)管的高速開(kāi)關(guān)，使得開(kāi)關(guān)電源中的高頻變壓器或儲能電感等感性負載在開(kāi)關(guān)管導通的瞬間，迫使變壓器的初級出現很大的浪涌電流，將造成尖峰電壓。開(kāi)關(guān)管在截止期間，高頻變壓器繞組的漏感引起的電流突變，從而產(chǎn)生反電勢E=-Ldi/dt，其值與電流變化率(di/dt)成正比，與漏感量成正比，疊加在關(guān)斷電壓上形成關(guān)斷電壓尖峰，從而形成電磁干擾。此外，開(kāi)關(guān)管上的反向并聯(lián)二極管的反向恢復特性不好，或者電壓尖峰吸收電路的參數選擇不當也會(huì )造成電磁干擾。由整流二極管的反向恢復引起的干擾源有兩個(gè)，它們分別是輸入整流二極管和輸出整流二極管。它們都是由電流的換向引起的干擾。由圖2表明，t0=0時(shí)二極管導通，二極管的電流迅速增大，但是其管壓降不是立即下降，而會(huì )出現一個(gè)快速的上沖。其原因是在開(kāi)通過(guò)程中，二極管PN結的長(cháng)基區注入足夠的少數載流子，發(fā)生電導調制需要一定的時(shí)間tr。該電壓上沖會(huì )導致一個(gè)寬帶的電磁噪聲。而在關(guān)斷時(shí)，存在于PN結長(cháng)基區的大量過(guò)剩少數載流子需要一定時(shí)間恢復到平衡狀態(tài)從而導致很大的反向恢復電流。當t=t1時(shí)，PN結開(kāi)始反向恢復，在t1-t2時(shí)間內，其他過(guò)剩載流子依靠復合中心復合，回到平衡狀態(tài)。這時(shí)管壓降又出現一個(gè)負尖刺。通常t2《t1，所以該尖峰是一個(gè)非常窄的尖脈沖，產(chǎn)生的電磁噪聲比開(kāi)通時(shí)還要強。因此，整流二極管的反向恢復干擾也是開(kāi)關(guān)電源中的一個(gè)重要干擾源。

3 EMI抑制方法

di/dt和dv/dt是開(kāi)關(guān)電源自身產(chǎn)生電磁干擾的關(guān)鍵因素，減小其中的任何一個(gè)都可以減小開(kāi)關(guān)電源中的電磁干擾。由上述可知，di /dt和dv/dt主要是由開(kāi)關(guān)管的快速開(kāi)關(guān)及二極管的反向恢復造成的。所以，如果要抑制開(kāi)關(guān)電源中的EMI就必須解決開(kāi)關(guān)管的快速開(kāi)關(guān)及二極管的反向恢復所帶來(lái)的問(wèn)題。

3.1 并接吸收裝置

采取吸收裝置是抑制電磁干擾的好辦法。吸收電路的基本原理就是開(kāi)關(guān)在斷開(kāi)時(shí)為開(kāi)關(guān)提供旁路，吸收蓄積在寄生分布參數中的能量，從而抑制干擾發(fā)生。常用的吸收電路有RC、RCD。此類(lèi)吸收電路的優(yōu)點(diǎn)就是結構簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、便于實(shí)施，所以是常用的抑制電磁干擾的方法。

（1）并接RC電路

在開(kāi)關(guān)管T兩端加RC吸收電路,如圖3所示。在二次整流回路中的整流二極管D兩端加RC吸收電路,如圖5所示,抑制浪涌電流。

（2）并接RCD電路

在開(kāi)關(guān)管T 兩端加RCD吸收電路,如圖4所示。

3.2 串接可飽和磁芯線(xiàn)圈

二次整流回路中,與整流二極管D串接可飽和磁芯的線(xiàn)圈,如圖5所示?？娠柡痛判揪€(xiàn)圈在通過(guò)正常電流 時(shí)磁芯飽和,電感量很小,不會(huì )影響電路正常上作。一旦電流要反向時(shí),磁芯線(xiàn)圈將產(chǎn)生很大的反電動(dòng)勢,阻止反向電流的上升。因此，將它與二極管D串聯(lián)就能有效地抑制二極管D的反向浪涌電流。