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抑制直流开关电源EMI侵扰的5个实用方法

直流开关电源是一种运用功率半导体器材并归纳电力改换技能、电子电磁技能、自动操控技能等的电力电子产品。因其具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、作业安稳、安全可靠以及稳压规模宽等长处,而被广泛运用于计算机、通讯、电子仪器、工业自动操控、国防及家用电器等范畴。可是直流开关电源瞬态呼应较差、易发生电磁侵扰,且EMI信号占有很宽的频率规模,并具有必定的起伏。这些EMI信号经过传导和辐射办法污染电磁环境,对通讯设备和电子仪器构成侵扰,因而在必定程度上约束了直流开关电源的运用。

直流开关电源发生电磁侵扰的原因

电磁侵扰 (EMI,Electromagneticlnterference)是一种电子体系或分体系受非预期的电磁扰动构成的功能危害。它由三个根本要素组成:侵扰源,即发生电磁侵扰能量的设备;藕合途径,即传输电磁侵扰的通路或前言;灵敏设备,即受电磁侵扰而被危害的器材、设备、分体系或体系。依据此,操控电磁侵扰的根本办法就是:防止侵扰源、堵截祸合途径及下降灵敏设备对侵扰的呼应或添加电磁灵敏性电平。

依据直流开关电源作业原理知:直流开关电源首先将工频交流电整流为直流电,再逆变为高频交流电,最终经过整流滤波输出,得到安稳的直流电压。在电路中,功率三极管、二极管首要作业在开关管状况,且作业在微秒量级;三极管、二极管在开一闭翻转进程中,在上升、下降时间内电流改变大、易发生射频能量,构成侵扰源。一起,因为变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流构成的尖峰,也会构成潜在的电磁侵扰。

直流开关电源一般作业在高频状况,频率在02 kHz以上,因而其散布电容不行疏忽。一方面散热片与开关管的集电极间的绝缘片,因为其触摸面积较大,绝缘片较薄,因而,两者间的散布电容在高频时不能疏忽,高频电流会经过散布电容流到散热片上,再流到机壳地,发生共模千扰;另一方面脉冲变压器的初次级之间存在着散布电容,可将初级绕组电压直接祸合到次级绕组上,在次级绕组作直流输出的两条电源线上发生共模侵扰。

因而,直流开关电源中的侵扰源首要会集在电压、电流改变大,如开关管、二极管、高频变压器等元件,以及交流输人、整流输出电路部分。

防止直流开关电源电磁侵扰的办法

一般直流开关电源EMI操控首要选用滤波技能、屏蔽技能、密封技能、接地技能等。EMI侵扰按传达途径分为传导侵扰和辐射侵扰。直流开关电源首要是传导侵扰,且频率规模最宽,约为10kHz一30MHz。防止传导侵扰的对策根本上10kHz一150kHz、150kHz一10MHz、10MHz以上三个频段来处理。10kHz一150kHz规模内首要是常态侵扰,一般选用通用LC滤波器来处理。150kHz一10 MHz规模内首要是共模侵扰,一般选用共模防止滤波器来处理。10MHz以上频段的对策是改善滤波器的外形以及采纳电磁屏蔽办法。

选用交流输入EMI滤波器

一般侵扰电流在导线上传输时有两种办法:共模办法和差模办法。共模侵扰是载流体与大地之间的侵扰:侵扰巨细和方向共同,存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间,首要是由du/dt发生的,di/dt也发生必定的共模侵扰。而差模侵扰是载流体之间的侵扰:侵扰巨细持平、方向相反,存在于电源相线与中线及相线与相线之间。侵扰电流在导线上传输时既能够共模办法出现,也能够差模办法出现;但共模侵扰电流只要变成差模侵扰电流后,才能对有用信号构成侵扰。

交流电源输人线上存在以上两种侵扰,一般为低频段差模侵扰和高频段共模侵扰。在一般情况下差模侵扰起伏小、频率低、构成的侵扰小;共模侵扰起伏大、频率高,还能够经过导线发生辐射,构成的侵扰较大。若在交流电源输人端选用恰当的EMI滤波器,则可有效地防止电磁侵扰。电源线EMI滤波器根本原理如图1所示,其间差模电容C1、C2用来短路差模侵扰电流,而中心连线接地电容C3、C4则用来短路共模侵扰电流。共模扼流圈是由两股等粗而且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成。如果两个线圈之间的磁藕合十分严密,那么漏感就会很小,在电源线频率规模内差

抑制直流开关电源EMI的5个实用方法

模电抗将会变得很小;当负载电流流过共模扼流圈时,串联在相线上的线圈所发生的磁力线和串联在中线上线圈所发生的磁力线方向相反,它们在磁芯中彼此抵消。因而即使在大负载电流的情况下,磁芯也不会饱满。而关于共模侵扰电流,两个线圈发生的磁场是同方向的,会出现较大电感,然后起到衰减共模侵扰信号的效果。这儿共模扼流圈要选用导磁率高、频率特性较佳的铁氧体磁性材料。

利用吸收回路改善开关波形

开关管或二极管在注册和关断进程中,因为存在变压器漏感和线路电感,二极管存储电容和散布电容,简单在开关管集电极、发射极两头和二极管上发生尖峰电压。一般情况下选用RC/RCD吸收回路,RCD浪涌电压吸收回路如图2所示。

抑制直流开关电源EMI的5个实用方法

当吸收回路上的电压超过必定起伏时,各器材敏捷导通,然后将浪涌能量泄放掉,一起将浪涌电压约束在必定的起伏。在开关管集电极和输出二极管的正极引线上串接可饱满磁芯线圈或微晶磁珠,原料一般为钴(Co),当经过正常电流时磁芯饱满,电感量很小。一旦电流要反向流过期,它将发生很大的反电势,这样就能有效地防止二极管VD的反向浪涌电流。

利用开关频率调制技能

频率操控技能是依据开关侵扰的能量首要会集在特定的频率上,并具有较大的频谱峰值。如果能将这些能量涣散在较宽的频带上,则能够到达下降于扰频谱峰值的意图。一般有两种处理办法:随机频率法和调制频率法。

随机频率法是在电路开关距离中加人一个随机扰动重量,使开关侵扰能量涣散在必定规模的频带中。研讨标明,开关侵扰频谱由本来离散的尖峰脉冲侵扰变成接连散布侵扰,其峰值大大下降。

调制频率法是在锯齿波中加人调制波(白噪声),在发生侵扰的离散频段周围构成边频带,将侵扰的离散频带调制展开成一个散布频带。这样,侵扰能量就涣散到这些散布频段上。在不影响改换器作业特性的情况下,这种操控办法能够很好地防止注册、关断时的侵扰。

选用软开关技能

直流开关电源的侵扰之一是来自功率开关管通/断时的du/dt,因而,减小功率开关管通/断的du/dt是防止直流开关电源侵扰的一项重要办法。而软开关技能能够减小开关管通/断的du/dt。

如果 在 开 关电路的基础上添加一个很小的电感、电容等谐振元件就构成辅佐网络。在开关进程前后引人谐振进程,使开关注册前电压先降为零,这样就能够消除开经进程中电压、电流重叠的现象,下降、乃至消除开关损耗和侵扰,这种电路称为软开关电路。

依据上述原理能够选用两种办法,即在开关关断前使其电流为零,则开关关断时就不会发生损耗和侵扰,这种关断办法称为零电流关断;或在开关注册前使其电压为零,则开关注册时也不会发生损耗和侵扰,这种注册办法称为零电压注册。在许多情况下,不再指出注册或关断,仅称零电流开关和零电压开关,根本电路如图3和图4所示。

抑制直流开关电源EMI的5个实用方法

一般选用软开关电路操控技能,结合合理的元器材布局及印制电路板布线、接地技能,对直流开关电源的EMI侵扰具有必定的改善效果。

选用电磁屏蔽办法

一般选用电磁屏蔽办法都能有效地防止直流开关电源的电磁辐射侵扰。直流开关电源的屏蔽办法首要是针对开关管和高频变压器而言。开关管作业时发生很多的热量,需求给它装散热片,然后使开关管的集电极与散热片间发生较大的散布电容。因而,在开关管的集电极与散热片间放置绝缘屏蔽金属层,而且散热片接机壳地,金属层接到热端零电位,减小集电极与散热片间藕合电容,然后减小散热片发生的辐射侵扰。针对高频变压器,首先应依据导磁体屏蔽性质来挑选导磁体结构,如用罐型铁芯和El型铁芯,则导磁体的屏蔽效果很好。变压器外加屏蔽时,屏蔽盒不该紧贴在变压器外面,应留有必定的气隙。如选用有气隙的多层屏蔽物时,所得的屏蔽效果会更好。别的,在高频变压器中,常常需求消除初、次级线圈间的散布电容,可沿着线圈的全长,在线圈间垫上铜箔制成的开路带环,以减小它们之间的祸合,这个开路带环既与变压器的铁芯衔接,又与电源的地衔接,起到静电屏蔽效果。如果条件答应,对整个直流开关电源加装屏蔽罩,那样就会更好地防止辐射侵扰。

结束语

跟着直流开关电源的体积越来越小、功率密度越来越大,EMI操控问题成为直流开关电源安稳性的一个关键因素。由上述剖析可知,选用EMI滤波技能、屏蔽技能、密封技能及接地技能等,能够有效地防止、消除侵扰源及受扰设备之间的祸合和辐射,堵截电磁侵扰的传达途径,然后进步直流开关电源的电磁兼容性。

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