一種新型功率變換器的電磁干擾分析及抑制

圖3：變壓器高頻電路中的寄生電容情況 圖4：開關(guān)電路寄生電容

6、其他影響開關(guān)電源EMC性能的因素：
除以上元器件及回路外，電網(wǎng)狀況、負(fù)載形式以及電源所在環(huán)境的EMI強(qiáng)度也是影響開關(guān)電源EMC性能的重要因素。以負(fù)載為例，負(fù)載加大，開關(guān)管Q關(guān)斷產(chǎn)生的|dv/dt|值加大，而負(fù)載變化對開通的|dv/dt|影響不大。由于開通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的|dv/dt|不同，從而對外部產(chǎn)生的騷擾脈沖也是不同的。另外PCB的布線及元器件的布局都是相當(dāng)關(guān)鍵的因素。實(shí)踐證明，印制板的元器件布置和布線設(shè)計(jì)對開關(guān)電源EMC性能有極大的影響，在高頻開關(guān)電源中，由于印制板上既有低電平小信號控制線，又有高壓電源母線，同時(shí)還有一些高頻功率開關(guān)、磁性元件，如何在印制板有限的空間內(nèi)合理地安排元器件位置，將直接影響到電路中各元器件自身的抗干擾性和電路工作的可靠性。
7、開關(guān)電源的敏感電路：
電磁敏感度（EMS）是指在存在電磁干擾的情況下，裝置、設(shè)備或系統(tǒng)不能避免性能降低的能力。開關(guān)電源中，各個(gè)回路和元器件都同時(shí)是干擾源和敏感電路，但相比之下，開關(guān)電源的輸入輸出端、控制電路更容易受EMI 的影響而發(fā)生更嚴(yán)重的連鎖反應(yīng)，所以這些電路應(yīng)采取措施進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，而干擾源則應(yīng)該進(jìn)行抑制。

三：開關(guān)電源EMC設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)、思路及方法：

開關(guān)電源內(nèi)外部干擾產(chǎn)生及耦合的機(jī)理比較復(fù)雜，牽涉到的因素很多，要解決開關(guān)電源的EMC問題，必須要具體電路具體分析，避免盲目采取接地、屏蔽、濾波等措施。要針對開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)，確定主要的干擾因素（包括干擾源、耦合路徑、易感電路），有的放矢的采取措施。具體而言，開關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)應(yīng)按照抑制干擾源能量、破壞干擾的耦合通道并對敏感電路進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)的思路進(jìn)行，把好電源的輸入輸出關(guān)口，具體考慮以下幾個(gè)方面：
1、抑制干擾源
抑制干擾源是抑制開關(guān)電源EMI的根本，是使開關(guān)電源EMI低于規(guī)定極限值的有效方法。
（1）減小功率管通、斷過程中產(chǎn)生的騷擾
如前所述，開關(guān)電源的主要騷擾是來自功率開關(guān)管通、斷的dv/dt。因此減小功率開關(guān)管通、斷的dv/dt是減小開關(guān)電源騷擾的重要方面。軟開關(guān)技術(shù)可以在一定程度上減小開關(guān)管通、斷的dv/dt。在研究各種變換器的EMI特性以及緩沖電路、箝位電路、變頻與定頻控制對干擾水平影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中表明，具有電壓箝位的零電壓定頻開關(guān)變換器的EMI電平最低。因此，采用軟開關(guān)電源技術(shù)，結(jié)合合理的元器件布置及合理的印制電路板布線，對開關(guān)電源的EMI水平有一定的改善。
（2）開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)
將頻率不變的調(diào)制改為隨機(jī)調(diào)制，變頻調(diào)制。固定頻率調(diào)制脈沖產(chǎn)生的干擾在低頻段主要是調(diào)制頻率的諧波干擾，低頻段的干擾主要集中在各諧波點(diǎn)上。由f.lin提出方法[3]基本思想是通過調(diào)制開關(guān)頻率fc，把集中在fc及其諧波2fc，3fc……上的能量分散到它們周圍的頻帶上，以降低各個(gè)頻點(diǎn)上的emd幅值。該方法不能降低總干擾但能量被分散到頻點(diǎn)的基帶上，從而達(dá)到各個(gè)頻點(diǎn)都不超過emd規(guī)定的限值。
2、切斷耦合通道
為了達(dá)到這個(gè)目的，主要從選擇合適的開關(guān)電源電路拓?fù)?；采用正確的接地、屏蔽、濾波措施；設(shè)計(jì)合理的元器件布局及印制板布線等幾個(gè)方面考慮。例如，在電源的輸入輸出端加濾波器能有效的阻斷EMI 的耦合通道。在交流電輸入端加裝電源濾波器，可抑制差模噪聲和共模噪聲，濾波器應(yīng)接地，因?yàn)闉V波器的共模旁路電容必須在接地時(shí)才起作用?？蓪V波器與金屬外殼相接或用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與設(shè)備的接地點(diǎn)相連。接地阻抗越低濾波效果越好。濾波器盡量安裝在靠近電源入口處。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠(yuǎn)離，避免干擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。
3、保護(hù)敏感電路
干擾源和受擾體同時(shí)位于同一塊電路板上，應(yīng)盡量將相互關(guān)聯(lián)的元器件擺放在一起以避免因器件離的太遠(yuǎn)而造成印制線過長所帶來的干擾。開關(guān)回路面積應(yīng)盡量減小而控制回路則應(yīng)避開其輻射范圍放置。另外，對于開關(guān)電源來說，主要是做好機(jī)殼屏蔽，高頻變壓器屏蔽，開關(guān)管和整流二極管的屏蔽。這樣通過屏蔽干擾電路來保護(hù)敏感電路這也是非常好的方法。

四：開關(guān)電源EMI抑制技術(shù)：

除了屏蔽、接地、濾波等常用的EMI抑制技術(shù)以外，針對開關(guān)電源的特點(diǎn)，一些新技術(shù)，如：軟開關(guān)技術(shù)，功率管優(yōu)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)、EMI濾波器設(shè)計(jì)技術(shù)和共模干擾有源抑制技術(shù)以及前文提及的開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)等。然而，不論任何技術(shù)，最終都是為了抑制EMI，其根本是認(rèn)識開關(guān)電源EMI問題的本質(zhì)。開關(guān)電源的EMI抑制技術(shù)目前還處于起步階段，在設(shè)計(jì)新的干擾抑制技術(shù)的同時(shí)，綜合運(yùn)用已有的方法和技術(shù)也不失為一種好的方法。

五：結(jié)語：

開關(guān)電源EMC設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的課題，應(yīng)該將設(shè)計(jì)思想方法與具體技術(shù)相結(jié)合，在分析開關(guān)電源EMI產(chǎn)生的位置、機(jī)理、強(qiáng)度等相關(guān)因素的基礎(chǔ)之上，建立有效的EMI分析設(shè)計(jì)模型，綜合運(yùn)用各種手段來進(jìn)行解決。目的是使電源產(chǎn)品滿足相應(yīng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗擾度極限值要求，在受到一定的電磁騷擾時(shí)，無性能的下降或故障；同時(shí)還要滿足相關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁極限值要求，對電磁環(huán)境不構(gòu)成污染源，而實(shí)現(xiàn)電磁兼容。開關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)需受到電源開發(fā)工程師的認(rèn)真對待和足夠的重視，必須將這一環(huán)節(jié)放到產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)階段來做，否則付出的代價(jià)將是巨大的。