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基于開關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2011-10-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

因體積小、功率因數(shù)較大等優(yōu)點(diǎn),在通信、控制、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但由于會(huì)產(chǎn)生電磁干擾,其進(jìn)一步的應(yīng)用受到一定程度上的限制。本文將分析電磁干擾的各種產(chǎn)生機(jī)理,并在其基礎(chǔ)之上,提出的電磁兼容方法。
  開關(guān)電源的電磁干擾分析

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/178554.htm

  開關(guān)電源的結(jié)構(gòu)如圖1所示。首先將工頻交流整流為直流,再逆變?yōu)楦哳l,最后再經(jīng)整流濾波電路輸出,得到穩(wěn)定的直流電壓。電路及布局不合理、機(jī)械振動(dòng)、接地不良等都會(huì)形成內(nèi)部電磁干擾。同時(shí),變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復(fù)電流造成的尖峰,也是潛在的強(qiáng)干擾源。

  
圖1 AC/DC開關(guān)電源基本框圖

  1 內(nèi)部干擾源

  ● 開關(guān)電路

  開關(guān)電路主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。開關(guān)管及其散熱片與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容,它產(chǎn)生的du/dt具有較大幅度的脈沖,頻帶較寬且諧波豐富。開關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈,是感性負(fù)載。當(dāng)原來導(dǎo)通的開關(guān)管關(guān)斷時(shí),高頻變壓器的漏感產(chǎn)生了反電勢(shì)E=-Ldi/dt,其值與集電極的電流變化率成正比,與漏感成正比,迭加在關(guān)斷電壓上,形成關(guān)斷電壓尖峰,從而形成傳導(dǎo)干擾。

  ● 整流電路的整流二極管

  輸出整流二極管截止時(shí)有一個(gè)反向電流,其恢復(fù)到零點(diǎn)的時(shí)間與結(jié)電容等因素有關(guān)。它會(huì)在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下產(chǎn)生很大的電流變化di/dt,產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾,頻率可達(dá)幾十兆赫茲。

  ● 雜散參數(shù)

  由于工作在較高頻率,開關(guān)電源中的低頻元器件特性會(huì)發(fā)生變化,由此產(chǎn)生噪聲。在高頻時(shí),雜散參數(shù)對(duì)耦合通道的特性影響很大,而分布電容成為電磁干擾的通道。

  2 外部干擾源

  外部干擾源可以分為電源干擾和雷電干擾,而電源干擾以“共模”和“差模”方式存在。同時(shí),由于交流電網(wǎng)直接連到整流橋和濾波電路上,在半個(gè)周期內(nèi),只有輸入電壓的峰值時(shí)間才有輸入電流,導(dǎo)致電源的輸入功率因數(shù)很低(大約為0.6)。而且,該電流含有大量電流諧波分量,會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生諧波“污染”。

  開關(guān)電源的

  產(chǎn)生電磁干擾有3個(gè)必要條件:干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感設(shè)備,設(shè)計(jì)的目的就是破壞這3個(gè)條件中的一個(gè)。針對(duì)于此,主要采取的方法有:電路措施、EMI濾波、屏蔽、印制電路板抗干擾設(shè)計(jì)等。

  1 降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲的軟開關(guān)技術(shù)

  軟開關(guān)是在硬開關(guān)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種諧振技術(shù)或利用控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)的在零電壓/電流狀態(tài)下的先進(jìn)開關(guān)技術(shù)。

  軟開關(guān)的實(shí)現(xiàn)方法是:在原電路中增加小電感、電容等諧振元件,在開關(guān)過程前后引入諧振,消除電壓、電流的重疊。圖2給出了一種使用軟開關(guān)技術(shù)的基本開關(guān)單元。

  
圖2 降壓斬波器中的基本開關(guān)單元

  2 減小干擾源干擾能量的緩沖電路

  在開關(guān)控制電源的輸入部分加入緩沖電路(見圖3),其由線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)組成,用于消除電力線干擾、電快速瞬變、電涌、電壓高低變化和電力線諧波等潛在的干擾。緩沖電路器件參數(shù)為D1為MUR460,R1=500Ω,C=6nF,L=36mH,R=150Ω。

  
圖3 緩沖電路


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