解決高頻開關(guān)電源的電磁兼容問題

根據(jù)鐵路客運(yùn)專線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，傳導(dǎo)騷擾限值和輻射騷擾限值如表1、2所示。

本開關(guān)電源一次通過了傳導(dǎo)騷擾的測試，測試波形如圖2、3所示。輻射騷擾高頻段230～1000MHz也測試合格，如圖5所示。只是在30～200MHz頻段范圍內(nèi)的垂直極化指標(biāo)超標(biāo)，最大超標(biāo)20dB，如圖4所示。

由測試結(jié)果可以看出，通過電磁兼容設(shè)計(jì)在傳導(dǎo)騷擾抑制方面取得了良好效果，在高頻段輻射騷擾的設(shè)計(jì)也達(dá)到了預(yù)期效果，下面還需對(duì)在30～200MHz頻段范圍內(nèi)的輻射騷擾進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

5 高頻開關(guān)電源輻射騷擾的改進(jìn)設(shè)計(jì)

由圖4可以看出，本開關(guān)電源存在輻射騷擾超標(biāo)的現(xiàn)象，為了抑制電磁騷擾而使用鐵氧體元件，價(jià)格便宜，效果明顯。鐵氧體元件等效電路是電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數(shù)。低頻時(shí)，R很小，L起主要作用，電磁騷擾被反射而受到抑制;高頻時(shí)，R增大，電磁騷擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能，使高頻騷擾大大衰減。不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率范圍?？傊?，選擇和安裝鐵氧體元件可參照如下幾條：

(1)鐵氧體的體積越大，抑制效果越好;

(2)在體積一定時(shí)，長而細(xì)的形狀比短而粗的抑制效果好;

(3)內(nèi)徑越小抑制效果也越好;

(4)橫截面越大，越不易飽和;

(5)磁導(dǎo)率越高，抑制的頻率就越低;

(6)鐵氧體抑制元件應(yīng)當(dāng)安裝在靠近騷擾源的地方;

(7)在輸入、輸出導(dǎo)線上安裝時(shí)，應(yīng)盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。

根據(jù)上面對(duì)高頻開關(guān)電源騷擾源和鐵氧體元件的分析，決定在靠近騷擾源的地方套磁珠與磁環(huán)。圖1a中電容C1的接地端套鐵氧體磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5)，圖1b中整流二極管D1和D2使用肖特基二極管，其陽極套鐵氧體磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5)，直流輸出線纜用鐵氧體磁環(huán)(φ13.5×φ7.5×7)繞兩圈且靠近出口處。經(jīng)過處理后重新測試，其掃描曲線如圖6所示。由此可見，大部分頻段的輻射騷擾已被抑制到標(biāo)準(zhǔn)要求以下，但在頻率81、138、165kHz附近處仍然超標(biāo)。

根據(jù)對(duì)開關(guān)電源電磁騷擾源的分析可知，在圖1b電路中高頻變壓器T1也是一個(gè)騷擾源。為了阻止高頻變壓器產(chǎn)生的騷擾信號(hào)以輻射方式發(fā)射，把變壓器的外殼用屏蔽材料銅箔環(huán)繞一圈構(gòu)成一回路加以屏蔽，以切斷變壓器通過空間耦合形成的輻射騷擾傳播途徑。并且為了減少因變壓器一次側(cè)開通時(shí)電流瞬間突變產(chǎn)生的di/dt騷擾，在變壓器T1的一次側(cè)串進(jìn)1個(gè)電感，以減小器件的開通損耗，降低輻射騷擾信號(hào)。經(jīng)過整改后，輻射騷擾大大下降，再次對(duì)本電源輻射騷擾進(jìn)行測試，完全達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，其測試結(jié)果如圖7所示。

6 結(jié)語

隨著高頻開關(guān)電源等電子產(chǎn)品電磁兼容重要性的凸現(xiàn)，我們應(yīng)該在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期階段，同時(shí)進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)，此時(shí)結(jié)構(gòu)和電路方案尚未定型，可選用的方法較多。如果等到生產(chǎn)階段再去解決，不但給技術(shù)和工藝上帶來很大難度，而且會(huì)造成人力、財(cái)力和時(shí)間的極大浪費(fèi)。所以，要走出設(shè)計(jì)修改法的誤區(qū)，正確運(yùn)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)法。

與EMI相關(guān)的因素多且復(fù)雜，僅做到上述的幾點(diǎn)措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還有接地技術(shù)、PCB布局走線等都很重要。電磁兼容的設(shè)計(jì)任重而道遠(yuǎn)，我們要不斷進(jìn)行研究探索，使我國的電子產(chǎn)品電磁兼容水平與國際同步。