電磁幹擾EMI就是電磁兼容不足,是破壞性電磁能從一個電子設備通過輻射或傳導傳到另一個電子設備的過程。傳導性(conducted)EMI是EMI的一種重要形式，它是射頻能量通過發射形成傳播波，一般通過電線或內部連接電纜，以傳播波形式傳播。

 

近年來,電子設備的EMIdeyizhiyichengweirenmenguanzhudejiaodian，kaiguandianyuanshidangqianshichangshangyizhongposhouhuanyingdedianyuan

，juyoutijixiao
，xiaolvgao，guigeduodeyoudian。zaidianzichanpindeyanfaguochengzhong
，kaiguandianyuanwangwangbeizhijieliyongzuoweizhenggedianzixitongdeyibufen。raner,由於這種電源高頻率的開關動作，將產生大量的傳導性電磁幹擾(EMI)。這個問題在產品設計階段如果處理不好,將對開關電源乃至整個電子係統造成不利的影響。開關電源在高頻信號的控製下
，開關元件高速動作使開關電路存在dvΠdt效應和傳導性輻射。

 

 

在麥克斯韋方程組中，電勢差定律為:

 

 

電流定律為:

 

 

電勢差定律也叫法拉第電磁感應定律,描述的是穿過閉合回路的磁場會產生電流,變化的磁場產生電場。電流定律解釋了電路中EMI產生的根本原因——時變電流,時變電流既產生電場,又產生磁場。對電磁兼容來說,這兩個定律相互作用,使得電路產生具有射頻電流的EMI。

 

為了抑製EMI,在開關電路上增加一個具有存儲電荷效應的簡單電路——緩衝電路。在緩衝電路中，最重要的部件是電容Css。由於在頻率比較高時
，導線可以用電阻與電感相串聯來等效,電容器要用電容
、電阻
、電感串聯來等效，因此Cs、Ls、Rs串聯組成了Css仿真等效電路。其阻抗為：

 

 

自諧振頻率為:

 

 

當信號頻率高於時，串聯回路呈感性失諧；當信號頻率低於時
，串聯回路呈容性失諧。能量存儲效應是電容在開關高速動作時，起到能量存儲的補償效應。電容能量存儲效應公式為：

 

 

其中ΔI為開關轉換電流，ΔV為允許的電壓改變，Δt為開關切換時間。其能量補償原理是：在經曆開關快速變化時，對頻率比較低的成分，在電壓突變時,有更多的電流供給開關元件；對高頻成分
，電容感性失諧，它決定了向開關元件最初能提供的電流。由於以上能量存儲效應，可以將dvΠdt和diΠdt快速變化的能量存儲起來，使得緩衝電路具有較強的抑製EMI的功能。

 

3 具有緩衝電路的開關電源組成與工作原理

 

圖1為50kHz開關控製電源的組成方框圖。其中線性阻抗穩定網絡的作用是為了消除在供電電力線內潛在的幹擾，包括電力線幹擾
、電dian快kuai速su瞬shun變bian，電dian湧yong，電dian壓ya高gao低di變bian化hua和he電dian力li線xian諧xie波bo等deng。這zhe些xie幹gan擾rao對dui對dui一yi般ban穩wen壓ya電dian源yuan來lai說shuo


，影ying響xiang不bu是shi很hen大da，但dan對dui高gao頻pin開kai關guan電dian源yuan來lai說shuo，則ze影ying響xiang顯xian著zhu。

 

 

開關元件一般在電壓波形的波峰消耗能量
，這樣，當外界電壓有幹擾或變化時，將使開關電源產生較多諧波成分而使波形失真


，且EMIhuibijiaoyanzhong
，yingxiangdaokaiguandianyuanhezhenggedianzishebeideanquangongzuo。xianxingzukangwendingwangluohaikeyiyouxiaoyizhigongdianxianneidegongmoganrao，liyongqiduichengjiegouheshidangdequouchuliheshejilaijiejue。

 

zhengliulvbodianluyouyibanqiaoshizhengliudianluheyigedadianrongzucheng。gaopinxinhaochanshengyukongzhidianludezuoyongyouliangge，yigeshichanshengchufakaiguanyuanjiantongduandegaopinjuxingmaichong，zhexiejuxingmaichongdezhankongbijuedingleshuchuzhiliudianyadegaodi；另(ling)一(yi)個(ge)是(shi)穩(wen)壓(ya)反(fan)饋(kui)作(zuo)用(yong)，即(ji)從(cong)輸(shu)出(chu)端(duan)取(qu)樣(yang)的(de)電(dian)壓(ya)經(jing)過(guo)與(yu)整(zheng)流(liu)，與(yu)基(ji)準(zhun)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)比(bi)較(jiao)後(hou)形(xing)成(cheng)誤(wu)差(cha)電(dian)壓(ya)
，該(gai)電(dian)壓(ya)經(jing)過(guo)放(fang)大(da)控(kong)製(zhi)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)電(dian)路(lu)中(zhong)高(gao)頻(pin)信(xin)號(hao)的(de)

占空比，從而達到穩定輸出電壓的目的。

 

場效應管開關主電路為開關電源的核心電路


，也是產生EMI的主要電路。因此,在場效應管開關傳統主電路的基礎上，設計增加一個緩衝電路來抑製EMI。在(zai)這(zhe)部(bu)分(fen)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)時(shi)
，要(yao)著(zhe)重(zhong)注(zhu)意(yi)共(gong)模(mo)電(dian)流(liu)和(he)串(chuan)擾(rao)的(de)影(ying)響(xiang)。共(gong)模(mo)輻(fu)射(she)是(shi)由(you)於(yu)電(dian)路(lu)設(she)計(ji)之(zhi)處(chu)的(de)電(dian)壓(ya)降(jiang)造(zao)成(cheng)的(de)，這(zhe)種(zhong)電(dian)壓(ya)降(jiang)致(zhi)使(shi)電(dian)路(lu)的(de)一(yi)些(xie)接(jie)地(di)部(bu)分(fen)的(de)電(dian)壓(ya)比(bi)真(zhen)實(shi)的(de)參(can)考(kao)地(di)電(dian)壓(ya)高(gao)
，這(zhe)樣(yang)受(shou)影(ying)響(xiang)的(de)接(jie)地(di)係(xi)統(tong)相(xiang)連(lian)的(de)電(dian)纜(lan)或(huo)器(qi)件(jian)就(jiu)成(cheng)了(le)天(tian)線(xian)
，在(zai)空(kong)中(zhong)輻(fu)射(she)共(gong)模(mo)電(dian)磁(ci)能(neng),並通過電纜或導線感應來傳播。差模輻射很容易利用電路的設計來減弱，但共模輻射相當難解決，通常利用靈敏接地來解決。

 

 

圖2為開關主電路仿真電路。緩衝電路的仿真參數設置為：仿真區間0～30ms
，跌代步長0101μs
，開關控製信號50kHz。緩衝電路器件參數為D1—MUR460，R2—500，Cs—5nF
，Ls—34nH，Rs—0115。

 

在圖2中
，為了便於仿真
，將Css等效成Cs、Ls、Rs串聯的形式

，由於器件連接結構的原因
，由場效應開關管M1的漏極通過C2接機殼來等效M1。仿真電路中緩衝電路由R2
、D1、Cs、Ls、Rs組成，M1在高頻信號產生與控製電路Vs信號的作用下，完成高速開關動作
，並經L和C3和濾波，在負載RL上得到直流電壓。

 

 

為了將有緩衝電路和沒有緩衝電路的開關電路EMI進行對比，分別對其進行仿真分析。圖3為(wei)帶(dai)有(you)緩(huan)衝(chong)電(dian)路(lu)開(kai)關(guan)元(yuan)件(jian)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)和(he)功(gong)率(lv)波(bo)形(xing)
，從(cong)功(gong)率(lv)波(bo)形(xing)上(shang)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)開(kai)關(guan)器(qi)件(jian)仍(reng)然(ran)存(cun)在(zai)小(xiao)幅(fu)射(she)頻(pin)振(zhen)蕩(dang)。為(wei)了(le)有(you)利(li)於(yu)觀(guan)察(cha)有(you)緩(huan)衝(chong)電(dian)路(lu)和(he)沒(mei)有(you)緩(huan)衝(chong)電(dian)路(lu)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)產(chan)生(sheng)射(she)頻(pin)振(zhen)蕩(dang)的(de)情(qing)況(kuang)
，將(jiang)二(er)者(zhe)的(de)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)功(gong)率(lv)波(bo)形(xing)進(jin)行(xing)放(fang)大(da)，得(de)到(dao)圖(tu)4有緩衝電路開關元件電壓電流和功率放大波形和圖5沒有緩衝電路開關元件電壓電流和功率放大波形。

 

從圖4和圖5中可以看出
，兩種電路都有一些射頻振蕩
，這些振蕩會帶來EMI輻(fu)射(she)
，並(bing)對(dui)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)產(chan)生(sheng)不(bu)利(li)影(ying)響(xiang)。仔(zai)細(xi)觀(guan)察(cha)不(bu)難(nan)發(fa)現(xian)，二(er)者(zhe)在(zai)振(zhen)蕩(dang)幅(fu)度(du)上(shang)差(cha)別(bie)很(hen)大(da)。通(tong)過(guo)仿(fang)真(zhen)遊(you)標(biao)讀(du)出(chu)，有(you)緩(huan)衝(chong)電(dian)路(lu)開(kai)關(guan)電(dian)流(liu)的(de)振(zhen)蕩(dang)幅(fu)度(du)最(zui)大(da)為(wei)41125A
，功率振蕩幅度最大為6813W；而無緩衝電路開關電流的振蕩幅度最大為60A，功率振蕩幅度最大約為1kW。後者的最大射頻電流比前者大23分貝，最大射頻功率比前者大11分貝。

 

 

 

 

從以上兩種電路仿真結果從幅度上對比可以看出
，有緩衝電路的開關電源其dVΠdt、diΠdt效應比無緩衝電路開關電源要小得多，可以得出緩衝電路對EMI的抑製作用明顯的結論。

 

 

 

本文提出了一種利用簡單的電路——緩衝電路來抑製開關電源傳導性輻射的方法。利用PSPICE仿真模型驗證比較了有無緩衝電路時的開關元件輻射EMI的電壓、電流和功率,指出它們存在射頻振蕩的大小。在仿真過程中，發現Css的參數對抑製EMI的作用比較敏感。所以，實際電路設計與生產時，對Css要仔細挑選，使的其參數符合要求。

 

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