關于開關電源的EMI小談
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在開關電源中，EMI濾波器對共模和差模傳導噪聲的抑制起著顯著的作用。高頻開關電源由于其在體積、重量、功率密度、效率等方面的諸多優點，已經被廣泛地應用于工業、國防、家電產品等各個領域。在開關電源應用于交流電網的場合，整流電路往往導致輸入電流的斷續，這除了大大降低輸入功率因數外，還增加了大量高次諧波。同時，開關電源中功率開關管的高速開關動作(從幾十kHz到數MHz)，形成了EMI(electromagnetic interference)騷擾源。從已發表的開關電源論文可知，在開關電源中主要存在的干擾形式是傳導干擾和近場輻射干擾，傳導干擾還會注入電網，干擾接入電網的其他設備。 減少傳導干擾的方法有很多，諸如合理鋪設地線，采取星型鋪地，避免環形地線，盡可能減少公共阻抗;設計合理的緩沖電路;減少電路雜散電容等。除此之外，可以利用EMI濾波器衰減電網與開關電源對彼此的噪聲干擾。 EMI干騷擾通常難以精確描述，濾波器的工業設計通常是通過反復迭代，計算制作以求逐步逼近設計要求。
1. 開關電源的EMI干擾源集中體現在功率開關管、整流二極管、高頻變壓器等,外部環境對開關電源的干擾主要來自電網的抖動、雷擊、外界輻射等。
(1)功率開關管工作在On-Off快速循環轉換的狀態,dv/dt和di/dt都在急劇變換,因此,功率開關管既是電場耦合的主要干擾源,也是磁場耦合的主要干擾源。
(2)的EMI來源集中體現在漏感對應的di/dt快速循環變換,因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源.
(3)的EMI來源集中體現在反向恢復特性上,反向恢復電流的斷續點會在電感(引線電感、雜散電感等)產生高dv/dt,從而導致強電磁干擾。
(4)PCB：準確的說,PCB是上述干擾源的耦合通道,PCB的優劣,直接對應著對上述EMI源抑制的好壞。
2.開關電源EMI傳輸通道分類
(一). 傳導干擾的傳輸通道
(1)容性耦合 (2)感性耦合 (3)電阻耦合
a.公共電源內阻產生的電阻傳導耦合 b.公共地線阻抗產生的電阻傳導耦合 c.公共線路阻抗產生的電阻傳導耦合
(二). 輻射干擾的傳輸通道
(1)在開關電源中,能構成輻射干擾源的元器件和導線均可以被假設為天線,從而利用電偶極子和磁偶極子理論進行分析;二極管、電容、功率開關管可以假設為電偶極子,電感線圈可以假設為磁偶極子;
(2)沒有屏蔽體時,電偶極子、磁偶極子,產生的電磁波傳輸通道為空氣(可以假設為自由空間); (3)有屏蔽體時,考慮屏蔽體的縫隙和孔洞,按照泄漏場的數學模型進行分析處理。
3.開關電源EMI抑制的9大措施
在開關電源中,電壓和電流的突變,即高dv/dt和di/dt,是其EMI產生的主要原因.實現開關電源的EMC設計技術措施主要基于以下兩點:
(1)盡量減小電源本身所產生的干擾源,利用抑制干擾的方法或產生干擾較小的元器件和電路,并進行合理**二手機器人
(2)通過接地、濾波、屏蔽等技術抑制電源的EMI以及提高電源的EMS。
分開來講,9大措施分別是:
(1)減小dv/dt和di/dt(降低其峰值、減緩其斜率) (2)壓敏電阻的合理應用,以降低浪涌電壓 (3)阻尼網絡抑制過沖 (4)采用軟恢復特性的二極管,以降低高頻段EMI (5)有源功率因數校正,以及其他諧波校正技術 (6)采用合理設計的電源線濾波器 (7)合理的接地處理 (8)有效的屏蔽措施 (9)合理的PCB設計 。
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