收藏本站 The Best Quality of Power Equipment

高频开关电源EMC和EMI知识抗干扰经验解析

EMC的重要性
早在上个世纪八十年代初,美国新泽西州一家医院产科病房区的婴儿逝世率适当高。深夜,监督婴儿的监督器上的警示灯总是平白无故地平息。对此,护士们很动火,所以她们将监督器封闭,来回逐个巡视。
经过一番开始查询后,教授查明晰这件工作的真相,本来邻近一电视台的发射机得到美国通讯委员会的答应,在大约午夜后可将其输出功率提高得适当高,但必须在早上六点前,或其它指定的时刻,康复到本来的水平。护士站与每个婴儿的监督器间的衔接电缆在这些搅扰频率处发作谐振,感应的电压而使监督器警示灯平息。医院在发现这个问题之前,已有差不多六名小孩逝世。
再有一个例子:有这样的一个客户投诉反响,当在机房内敞开一台高频开关电源时,该公司的100M速度的局域网呈现速度下降并中止的现象,而10M速度的网络却没有受影响。关掉高频开关电源,网络康复正常。
后经实验发现,该高频开关电源的高频搅扰信号藕合到网络线上,使网络呈现毛病。
EMC 开展的前史:EMC 其实是伴跟着近代电子工业的飞速开展而诞生的。到上个世纪末,跟着电子、电气设备的急剧增加。EMC 已经扩展到很多的范畴,能够毫不夸张的说:哪里有电子产品,哪里就有EMC问题。西方国家对此的要求也越来越严苛,EMC 已成为开展中国家电子产品进入西方商场的贸易壁垒之一。
对企业来讲,不同的EMC规划概念,会导致不同的本钱和时刻上的糟蹋。
EMC的内容
●基本概念:
★EMC(电磁兼容性):Electromagnetic Compatibility
★EMI(电磁搅扰):Electromagnetic Interference
★EMS(电磁抗扰性):Electromagnetic Susceptibility
★ESD(静电):Electrostatic Discharges
★RS(辐射抗搅扰):Radiated Susceptibility
★EFT(电快速瞬变脉冲群): Electronic fast transients
★SURGE(雷击浪涌)
★CS(传导抗搅扰):Conducted Susceptibility
高频开关电源EMC和EMI知识经验超级总汇●EMC =EMI +EMS
★EMI = Conduction( Harmonic) +Radiation
★EMI 三要素:下为系统级的,请我们想想PCB级的。

高频开关电源 EMI 探讨
●EMI 发作的本源:
★第一、高频开关电源的最大缺陷是因切换动作(TURN-ON或TURN OFF)发作杂讯电压为其杂讯源。因切换动作的波形为方波,而方波含有很多高次谐波。( dv/dt)
★第二、因为开关电晶体的非线性及二极体的反向康复特性,电流作快速的非线性改变引起杂讯。 (di/dt)

●EMI的传达办法和途径:
★EMI搅扰信号按其特性可分为共模信号(COMMON MODE)和差模信号(DIFFERENTIAL MODE)。
★共模信号:搅扰信号电流的在两条回路的导线上的电流方向相对大地是相同的信号,称为共模信号,见下左图;
★差模信号:搅扰信号电流的在两条回路的导线上的电流方向相对大地是相反的信号,称为差模信号,见下右图。

●常用低通滤波结构的区分
●高频开关电源输入滤波器的规划:
★共模差模分隔规划(以π型为例)
★滤波器共模部分规划
★滤波器差模部分规划
●滤波器的装置:

●共模电感的绕制
共模扼流圈中的负载电流发作的磁场彼此抵销,因而磁芯不会饱满。
●磁珠阻抗
注意:共模电感和磁珠 需求丈量温升!!
拓扑EMI 剖析举例
Flyback 架构EMI 剖析
●Flyback架构的高频等效模型
●Noise 源:
大的di/dt和dv/dt 发作的地方,对Flyback架构来说,会发作这些改变的首要有:
★变压器TX1;
★MOSFET Q1 ;
★输出二极管D1;
★芯片的RC振动;
★驱动信号线;
Q1 上 Vds 的波形
MOSFET 动作时发作的Noise :如 上图所示,首要来自三个方面:
①Mosfet注册、关断时,具有很宽的频谱含量,开关频率的谐波自身就是较强的搅扰源。
②关断时的振动 1发作较强的搅扰。
③关断时的振动 2发作较强的搅扰。
开关管 Q1关断,副边二极管D1导通时(带载),原边的励磁电感被胁迫,原边漏感Lep的能量经过Q1的寄生电容Cds进行放电,主放电回路为Lep—Cds—Rs—C1—Lep,此刻发作振动振动的频率为:
在Lep上的振动电压Vlep迭加在2Vc1上,致使Vds=2Vc1+Vlep 。振动的强弱,将决议我们选取的管子的耐压值、电路的稳定性。
量测Lep=6.1uH, Q1为2611查规格书可得Coss=190pF(Coss近似等于Cds),而此充电板为两个管子并联,所以Cds=380pF 。由上式可求得f =3.3 MHz,和下图中的振动频率符合。
高频开关电源EMC和EMI知识经验超级总汇

从图中可看出 此振动是一衰减的振动波,其初始的振动峰值决议于振动电路的Q值:Q值越大,峰值就越大。Q值小,则峰值小。为了减小峰值,可减小变压器的漏感Lep,加大Cds和电路的阻抗R。而加入Snubber电路是 极有用之办法。

振动2发作在Mosfet Q1关断,副边二极管由通转向关断,原边励磁电感被开释(这时Cds被充至2Vc1),Cds和原边线圈的杂散电容Clp为并联状况,再和原边电感Lp(励磁电感和漏感之和)发作振动。放电回路同振动1。振动频率为:
在Lp上的振动电压Vlp迭加在Vc1上,致使Vds=Vc1+Vlp 。量测Lp=0.4mH;Q1为2611,查规格书可得Coss=190pF(Coss近似等于Cds),而此充电板为两个管子并联,所以Cds=380pF;Clp在200KHz时测得为Clp=1.6nF。由上式可求得:f =178.6KHz,和下图中190.5K符合。
●我们可实施的改进办法有两个:
★1、减小Noise的巨细;
★2、堵截或改进传达途径。
1.减小Noise 的巨细:
首要考虑以下三个方面:
①Mosfet、Diode动作时,具有很宽的频谱含量,开关频率的谐波自身就是较强的搅扰源。
办法:在满足所要求的效率、温升条件下,我们可尽量选开关较平缓的管子。而经过调节驱动电阻也可达到这一意图。
②Q1、D1 的振动 1会发作较强的搅扰。
办法:
 *对寄生电容Cds、Cj 的处理:在Q1的ds极、二极管的两头各并上一681小电容,来下降电路的Q 值,然后下降振动的振幅A,一起能下降振动频率f。需注意的是:此电容的能量1/2Cu2将悉数耗费在Q1上,所以管子温升是个问题。处理的办法是运用RC snubber, 让能量 耗费在 R上。一起R能起到减小振幅的效果。
*对变压器的漏感Le的处理:
1、变压器选用 三明治 绕法,以减小漏感。
2、在变压器的绕组上加吸收电路。
3、减小Q1 D极到变压器的引线长度。(此引线电感和漏感相迭加)采纳上述 办法下降振动 1的影响之后得
③: Q1 D1 上的振动 2 会发作较强搅扰。
剖析办法和②相同,但此刻 电感已变得很大了(首要为为励磁电感),因而漏感和引线电感对③的影响相对较小。
相同从上面的剖析中,可看出Nosie 的传达途径首要是经过变压器的杂散电容Ctx;
Mosfet/Diode到散热片的杂散电容Cm/Cd;及散热片到地的杂散电容Ce等途径而耦合到LISN被取样电阻所抓获。
办法一:在Rs的地端和C2的地直接一个Y电容(472)。
原理剖析:它的效果是两层的,一是为Mosfet动作发作且串到变压器副边的noise 电流(如I4),供给一个低阻抗的回路,减小到地的电流。二是为二次侧Diode发作的且串到变压器原边的noise 电流供给低阻抗回路,然后减小流过LISN的电流。
其效果如下图:赤色为:未改进之前;蓝色为:采纳办法之后
办法二:变压器加法拉第铜环:
变压器是Noise传达的首要通道之一,其间初级线圈和次级线圈间杂散电容Ctx是重要因素。而在变压器内部加法拉第铜环是减小Ctx 的有用的办法之一。
办法三:散热片接Rs的地端:
意图为了将 散热片-Ce—地-LISN这一支路 旁路掉,然后减小到地的电流。其效果如下图:可看出,在低频时较有用;在高频时, 效果不明显,这首要是因为在高频时,管脚直接对地的电容已有适当的效果。
赤色为:散热片未接地;蓝色为:散热片接地
当归纳上述一切办法后,EMI总效果比照如图所示:
赤色为:未采纳办法前;蓝色为:归纳上述办法后
世界认证系统简介
●欧洲区域 :
认证EMC Mark EMC
Standard 分为EMI (电磁搅扰测验) & EMS (电磁相容测验) 两部分:
★1. EMI部分为 EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3;
★2. EMS部分为 EN55024 內含7项测验:
EN55022为Radiation Test & Conduction Test (传导 & 幅射测验); 
EN61000-3-2为Harmonic Test (高频开关电源谐波测验); 
EN61000-3-3为Flicker Test (电压变化测验)
EN61000-4-2为ESD Test (静电测验); 
EN61000-4-3为RS Test EN61000-4-4为EFT Test (电子快速脉衝测验);
EN61000-4-5为Surge Test (雷击测验)
EN61000-4-6为CS Test (传导耐受度测验);
EN61000-4-8为PFMF Test EN61000-4-11为DIP Test (电压突降测验)
●美洲区域:
认证EEMI Mark FCC (强制性)
Standard FCC Part 15 (EMI 电磁搅扰测验)
请求办法
1. Class A 自我认証
2. Class B DOC 自我认証办法
3. Class B 经由TCB认証, 获得FCC ID Number
<注> 曾经ITE产品可直接送FCC认証, 获得FCC ID, 但自2000/11/15起FCC已不再认証, 授权由TCB 发ID Number, 而TCB只承受美国当地实验室所送案子, 用意在鼓舞其他区域以DOC办法认証. 
<注> 所谓自我认証, 即经由合格实验室测验完成后发行Test Report, 请求公司获得陈述后于宣告信签名即可. 

相关文章

在线留言

*

*

◎欢迎您的留言,您也可以通过以下方式联系我们:

◎客户服务热线:021-51095123

◎邮箱:xin021@126.com

021-51095123
扫描二维码关注我们

扫描二维码 关注我们