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抑制開關(guān)電源電磁干擾�(shè)�(jì)要點(diǎn)及方�

編輯:admin 2014-04-04 12:02:57 瀏覽�1456  來源:電子元件技�(shù)�(wǎng)

  隨著開關(guān)電源的小型化,開�(guān)就要高頻化,這種高頻化,其基波本身也就構(gòu)成了一�(gè)干擾源,�(fā)出一種更�(qiáng)的傳�(dǎo)干擾波,此外通過改�(jìn)元器件達(dá)到高頻化的同�(shí),也�(huì)因輻射干擾波而導(dǎo)致一種超�(biāo)�(zhǔn)值的雜散的信�(hào)。這些信號(hào)�(gòu)成了電磁干擾(EMI),被干擾�(duì)象是無線電通信。開�(guān)電源工作在高頻開�(guān)狀�(tài),內(nèi)部會(huì)�(chǎn)生很高的電流、電壓變化率,導(dǎo)致開�(guān)電源�(chǎn)生較�(qiáng)的電磁干擾。電磁干擾信�(hào)不僅�(duì)電網(wǎng)造成污染,還直接影響到其他用電設(shè)備甚至電源本身的正常工作,而且作為輻射干擾闖入空間,造成電磁污染,制約著人們的生產(chǎn)和生活�

1 開關(guān)電源電磁干擾的抑�

  形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而,抑制電磁干擾�(yīng)從這三方面人手。抑制干擾源、消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射、提高受擾設(shè)備的抗擾能力,從而改善開�(guān)電源的電磁兼容性能的目的�

  1.1 采用濾波�抑制電磁干擾

  濾波是抑制電磁干擾的重要方法,它能有效地抑制電網(wǎng)中的電磁干擾�(jìn)入設(shè)備,還可以抑制設(shè)備內(nèi)的電磁干擾�(jìn)入電�(wǎng)。在開關(guān)電源輸入和輸出電路中安裝開關(guān)電源濾波器,不但可以解決傳導(dǎo)干擾問題,同�(shí)也是解決輻射干擾的重要武器。濾波抑制技�(shù)分為無源濾波和有源濾�2種方式�

  1.1.1 無源濾波技�(shù)

  無源濾波電路�(jiǎn)單,成本低廉,工作性能可靠,是抑制電磁干擾的有效方式。無源濾波器由電感�電容、電阻元件組成,其直接作用是解決傳導(dǎo)�(fā)射。開�(guān)電源中應(yīng)用的無源濾波器的原理�(jié)�(gòu)圖如�1所示�

 

由于原電源電路中濾波電容容量大,整流電路中會(huì)�(chǎn)生脈沖尖峰電流,這�(gè)電流由非常多的高次諧波電流組成,�(duì)電網(wǎng)�(chǎn)生干擾;另外電路中開�(guān)管的�(dǎo)通或截止�變壓�的初�(jí)線圈都會(huì)�(chǎn)生脈�(dòng)電流。由于電流變化率很高,對(duì)周圍電路�(huì)�(chǎn)生出不同頻率的感�(yīng)電流,其中包括差模和共模干擾信號(hào),這些干擾信號(hào)可以通過2根電源線傳導(dǎo)到電�(wǎng)其他線路和干擾其他的電子�(shè)備。圖中差模濾波部分可以減少開�(guān)電源�(nèi)部的差模干擾信號(hào),又能大大衰減設(shè)備本身工作時(shí)�(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)傳向電網(wǎng)。又根據(jù)電磁感應(yīng)定律,得E=Ldi/dt,其中:E為L(zhǎng)兩端的電壓降;L為電感量;di/dt為電流變化率。顯然要求電流變化率越小,則要求電感量就越大�

  脈沖電流回路通過電磁感應(yīng)其他電路與大地或�(jī)殼組成的回路�(chǎn)生的干擾信號(hào)為共模信�(hào);開�(guān)電源電路中開�(guān)管的集電極與其他電路之間�(chǎn)生很�(qiáng)的電�(chǎng),電路會(huì)�(chǎn)生位移電流,而這�(gè)位移電流也屬于共模干擾信�(hào)。圖1中共模濾波器就是用來抑制共模干擾,使之受到衰減�1.1.2 有源濾波技�(shù)

有源濾波技�(shù)是抑制共模干擾的一種有效方法。該方法從噪聲源出發(fā)而采取的措施(如�2所示),其基本思想是設(shè)法從主回路中取出一�(gè)與電磁干擾信�(hào)大小相等、相位相反的�(bǔ)償信�(hào)去平衡原來的干擾信號(hào),以�(dá)到降低干擾水平的目的。如�2所示,利用晶體管的電流放大作用,通過把發(fā)射極的電流折合到基極,在基極回路來濾泀R1,C2組成的濾波器使基極紋波很小,這樣射極的紋波也很小。由于C2的容量小于C3,減小了電容的體積。這種方式僅適合低壓小功率電源的情況。另外,在設(shè)�(jì)和選用濾波器�(shí)�(yīng)注意頻率特性、耐壓性能、額定電流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。濾波器的安裝位置要恰當(dāng),安裝方法要正確,才能對(duì)干擾起到�(yù)期的濾波作用�

抑制開關(guān)電源電磁干擾設(shè)計(jì)要點(diǎn)及方法0

  1.2 屏蔽技�(shù)和接地技�(shù)

  采用屏蔽技�(shù)可以有效地抑制開�(guān)電源的電磁輻射干擾。屏蔽一般分�2種:一種是靜電屏蔽,主要用于防止靜電場(chǎng)和恒定磁�(chǎng)的影響;另一種是電磁屏蔽,主要用于防止交變電�(chǎng)、磁�(chǎng)以及交變電磁�(chǎng)的影響。屏蔽技�(shù)分為�(duì)�(fā)出電磁波部位的屏蔽和受電磁波影響的元器件的屏蔽。在開關(guān)電源中,可發(fā)出電磁波的元器件是指變壓器�電感�、功率器件等,通常在其周圍采用銅板或鐵板作為屏蔽,以使電磁波產(chǎn)生衰減�

此外,為了抑制開�(guān)電源�(chǎn)生的輻射向外部發(fā)散,為了減少電磁干擾�(duì)其他電子�(shè)備的影響,應(yīng)采取整體屏蔽。可完全按照�(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來加工屏蔽罩,然后將整�(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體,就能�(duì)電磁�(chǎng)�(jìn)行有效的屏蔽。然而在使用整體屏蔽�(shí)�(yīng)充分考慮屏蔽材料的接縫、電線的輸入/輸出端子和電線的引出口等處的電磁泄露,且不易散熱,結(jié)�(gòu)成本大幅度增加等因素�

  為使電磁屏蔽能同�(shí)�(fā)揮靜電屏蔽的作用,加�(qiáng)屏蔽效果,同�(shí)保障人身和設(shè)備的安全,應(yīng)將系�(tǒng)與大地相連,即為接地技�(shù)。接地是指在系統(tǒng)的某�(gè)選定�(diǎn)與某�(gè)接地面之間建立導(dǎo)電的通路�(shè)�(jì)。這一過程是至�(guān)重要的,將接地和屏蔽正確�(jié)合起來可以更好地解決電磁干擾問題,又可提高電子產(chǎn)品的抗干擾能力�

  1.3 PCB�(shè)�(jì)技�(shù)

  為更好地抑制開關(guān)電源的電磁干擾,其印制電路板(PCB)的抗干擾技�(shù)尤為重要。為減少PCB的電磁輻射和PCB上電路間的串?dāng)_,要非常注意PCB布局、布線和接地。如減少輻射干擾是減小通路面積,減小干擾源和敏感電路的�(huán)路面積,采用靜電屏蔽。而抑制電�(chǎng)與磁�(chǎng)的耦合,應(yīng)盡量增大線間距離�

  在開�(guān)電源中接地是抑制干擾的重要方法。接地有安全接地、工作接地和屏蔽接地�3種基本類型。地線設(shè)�(jì)�(yīng)注意以下幾點(diǎn):交流電源地與直流電源地分開;功率地與弱電地分開;模擬電路與�(shù)字電路的電源地分開;盡量加粗地線�

  1.4 �(kuò)頻調(diào)制技�(shù)

  �(duì)于一�(gè)周期信號(hào)尤其是方波來說,其能量主要分布在基頻信號(hào)和諧波分量中,諧波能量隨頻率的增加呈�(jí)�(shù)降低。由于n次諧波的帶寬是基頻帶寬的n倍,通過�(kuò)頻技�(shù)將諧波能量分布在一�(gè)更寬的頻率范圍上。由于基頻和各次諧波能量減少,其�(fā)射強(qiáng)度也�(yīng)該相�(yīng)降低。要在開�(guān)電源中采用擴(kuò)頻時(shí)鐘信�(hào),需要對(duì)該電源開�(guān)脈沖控制電路輸出的脈沖信�(hào)�(jìn)行調(diào)制,形成�(kuò)頻時(shí)鐘(如圖3所示)。與傳統(tǒng)的方法相比,采用�(kuò)頻技�(shù)�(yōu)化開�(guān)電源EMI既高效又可靠,無需增加體積龐大的濾波器件和繁瑣的屏蔽處理,也不�(huì)�(duì)電源的效率帶來任何負(fù)面影響�

 抑制開關(guān)電源電磁干擾設(shè)計(jì)要點(diǎn)及方法1

  1.5 一次整流電路中加功率因�(shù)校正(PFC)網(wǎng)�(luò)

  �(duì)于直流穩(wěn)壓電源,電網(wǎng)電壓通過變壓器降壓后直接通過整流電路�(jìn)行整流,所以整流過程中�(chǎn)生的諧波分量作為干擾直接影響交流電網(wǎng)的波形,使波形畸變,功率因數(shù)偏低。為了解決輸入電流波形畸變和降低電流諧波含量,將功率因數(shù)校正(PFC)技�(shù)�(yīng)用于開關(guān)電源中是非常必要的。PFC技�(shù)使得電流波形跟隨電壓波形,將電流波形校正成近似的正弦波,從而降低了電流諧波含量,改善了橋式整流電容濾波電路的輸入特性,提高了開�(guān)電源的功率因�(shù)。其中無源功率因�(shù)校正電路是利用電感和電容等元件組成濾波器,將輸入電流波形�(jìn)行移相和整形過程來實(shí)�(xiàn)提高功率因數(shù)的。而有源功率因�(shù)校正電路是依�(jù)控制電路�(qiáng)迫輸入交流電流波形跟蹤輸入交流電壓波形的原理來實(shí)�(xiàn)交流輸入電流正弦化,并與交流輸入電壓同步。兩種方法均使功率因�(shù)提高,后者效果更加明顯,但電路復(fù)雜�

  2 綜述

  從開�(guān)電源電磁干擾�(chǎn)生的�(jī)理來看,有多種方式可抑制電磁干擾,除本文中分析的幾種主要方法外,還可以采用光電隔離器、LSA系列浪涌吸收器、軟開關(guān)技�(shù)等。抑制開�(guān)電源的電磁干擾,目的是使其能在各�(lǐng)域得到有效應(yīng)用的同時(shí),盡量減少電磁污染,�(shí)�(xiàn)了對(duì)電磁污染問題的有效治理。而在�(shí)際設(shè)�(jì)�(shí),應(yīng)全面考慮開關(guān)電源的各種電磁干擾,選用多種抑制電磁干擾的方法加以綜合利用,使電磁干擾降到最低,從而提高電子產(chǎn)品的�(zhì)量與可靠性。本文的�(shè)�(jì)方法正確,仿真結(jié)果正常,克服了傳�(tǒng)方案中所存在的一些問題,使電磁干擾的抑制技�(shù)得到�(jìn)一步優(yōu)化�

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