經驗分享:如何設計開關電源EMI
發布時間:2016-11-24 責任編輯:sherry
【導讀】本文將詳細介紹開源電源設計中的五個經驗,分別是:開關電源的EMI源、開關電?源EMI傳輸通道分類、開關電源E?MI抑製的9大措施、高頻變壓器?漏感的控製、高頻變壓器的屏蔽。
1.開關電源的EMI源
開關電源的EMI幹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幹擾主要來自電網的抖動、雷擊、外界輻射等。
(1)功率開關管
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幹擾源,也是磁場耦合的主要幹擾源。
(2)高頻變壓器
高頻變壓器的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幹擾源。
(3)整流二極管
整流二極管的EMI來源集中體現在反向恢複特性上,反向恢複電流的斷續點會在電感(引線電感、雜散電感等)產生高 dv/dt,從而導致強電磁幹擾。
(4)PCB
準確的說,PCB是上述幹擾源的耦合通道,PCB的優劣,直接對應著對上 述EMI源抑製的好壞。
2.開關電源EMI傳輸通道分類
(一) 傳導幹擾的傳輸通道
(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)。輻射幹擾的傳輸通道
(1)在開關 電源中,能構成輻射幹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抑製的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於以下兩點:
(1)盡量減小電源本身所產生的幹擾源,利用抑製幹擾的方法或產生幹擾較小的元器件和電路,並進行合理布局;
(2)通過接地、濾波、屏蔽 等技術抑製電源的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,以降低浪湧電壓
(3)阻尼網絡抑製過衝
(4)采用軟恢複特 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
4.高頻變壓器漏感的控製
高頻變壓器的漏感是功率開關管關斷尖峰電壓產生的重要原因之一,因此,控製漏感成為解決高頻變壓器帶來的EMI首要麵對的問題。
減小高頻變壓器漏感兩個切入點:電氣設計、工藝設計!
(1)選擇合適磁芯,降低漏感。漏感與原邊匝數平方成正比,減小匝數會顯著降低漏感。
(2)減小繞組間的絕緣層。現在有一種稱之為“黃金薄膜”的絕緣層,厚度20~100um,脈衝擊穿電壓可達幾千伏。
(3)增加繞組間耦合度,減小漏感。
5.高頻變壓器的屏蔽
為防止高頻變壓器的漏磁對周圍電路產生幹擾,可采用屏 蔽(bi)帶(dai)來(lai)屏(ping)蔽(bi)高(gao)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)漏(lou)磁(ci)場(chang)。屏(ping)蔽(bi)帶(dai)一(yi)般(ban)由(you)銅(tong)箔(bo)製(zhi)作(zuo),繞(rao)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)外(wai)部(bu)一(yi)周(zhou),並(bing)進(jin)行(xing)接(jie)地(di),屏(ping)蔽(bi)帶(dai)相(xiang)對(dui)於(yu)漏(lou)磁(ci)場(chang)來(lai)說(shuo)是(shi)一(yi)個(ge)短(duan)路(lu)環(huan),從(cong)而(er)抑(yi)製(zhi)漏(lou)磁(ci)場(chang)更(geng)大(da)範(fan)圍(wei)的(de) 泄漏。
高頻變壓器,磁心之間和繞組之間會發生相對位移,從而導致高頻變壓器在工作中產生噪聲(嘯叫、振動)。為防止該噪聲,需要對變 壓器采取加固措施:
(1)用環氧樹脂將磁心(例如EE、EI磁心)的三個接觸麵進行粘接,抑製相對位移的產生;
(2)用“玻璃珠”(Glass beads)膠合劑粘結磁心,效果更好。
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