苏州莱瑞测信息科技有限公司

开关电源的电路结构分析与电磁干扰测试

   2008-11-29 1990


当开关电源频率增加时,所需的共模电感可大大减小,共模电感体积也减小。但是,开关电源在20MHz以上频带的辐射噪声份量有所增加,给辐射骚扰的达标带来麻烦。开关频率和共模电感的关系如表3 所列。

由于共模电感线圈存在寄生电容,高频噪声成分经过寄生电容向外发射骚扰,故使用单个大感量共模电感不容易达到好的高频滤波效果,一般采用两个共模电感,同样的电感量抑制高频噪声很见效,将有6dB以上的差值。

Cx 电容器高频阻抗频率特性是一个关系电磁骚扰抑制效果的重要参数。电容器在高频使用时等效为r(等效串联电阻)+c+L(等效串联电感)电路。由于电容器自身的固有电感(即等效串联电感)存在,在频率低的范围,电容器电抗呈容性,在频率高的范围,电容器电抗呈感性,这时抑制骚扰的能力就明显下降。电容器的固有引线电感越小和骚扰源的高频内阻抗越大,则抑制骚扰的效果越好。

首先,从电磁骚扰源产生的机理人手,查找辐射骚扰源的所在,从根本上降低其产生辐射骚扰噪声的电平。在输出电压比较低的情况下,输出整流器和平滑电路的干扰可能比较严重+通过减小环路面积可以抑制di/dt 环路产生的磁场辐射。整流及续流二极管工作在高频开关状态,也是个高频骚扰源。二极管的引线寄生电感、结电容的存在以及反向恢复电流的影响,使之工作在很高的电压及电流变化率下,且产生高频振荡,二极管反向恢复的时间也越长,则尖峰电流的影响也越大。

C4 及Cs 的引线和连接地引线应尽量短,以使接地阻抗尽量小,噪声能经过电容旁路到地线,C4 及C5取较大电容量滤波效果好,但是,随着电容量的增加泄漏电流也增加了,而泄漏电流值是电气安全中的重要指标,决不允许超过规定数值一一般的漏电流限制是3.5 mA,此桌面式塑壳开关电源属手持式设备,最大漏电流限制为O.75 mA,实测值为O.55mA。

电源输入线缆要短,滤波器尽量靠近输入端口,避免滤波器输入输出发生耦合,而失去滤波作用。接地尽量简短可靠,减小高频阻抗,使干扰有效旁路。经过数次整改后,得到满意的结果如图7 所示。

 

2.3 辐射骚扰的抑制

辐射骚扰足指由任何部件、天线、电缆或连接线辐射的电磁干扰。

通常在电路元件布局上,应尽量使输入交流和输出直流插座(包括引线)分开并远离。采用一端输入另一端输出是.种合理的布局。但考虑电源内部散热通风,该电源采用图2 的散热结构。不可回避的问题是输入输出线缆之间可能发生空间耦合,当有高频传导电流通过时就会产生强烈的辐射。

首先,从电磁骚扰源产生的机理入手,查找辐射骚扰源的所在,从根本上降低其产生辐射骚扰噪声的电平。在输出电压比较低的情况下,输出整流器和平滑电路的干扰可能比较严重,通过减小环路面积可以抑制di/dt 环路产生的磁场辐射。整流及续流二极管工作在高频开关状态,也是个高频骚扰源。二极管的引线寄生电感、结电容的存在以及反向恢复电流的影响,使之工作在很高的电压及电流变化率下,且产生高频振荡,二极管反向恢复的时间也越长,则尖峰电流的影响也越大。

铁氧体磁环和磁珠使用方便,价格便宜,抑制电磁干扰效果明显。铁氧体电感的等效电路为由电感L和电阻R 组成的串联电路,L 和R 都是频率的函数。电阻值随着频率增加而增加,这样就构成了一个低通滤波器。低频时R 很小,L 起丰要作用,电磁干扰被反射而受到抑制;高频时R 增大,电磁干扰被吸收并转换成热能,使高频干扰大大衰减。不同的铁氧体抑制元件,有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高,抑制的频率就越低。此外,铁氧体的体积越大,抑制效果越好。在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好,内径越小抑制效果也越好。铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入、输出电路,则应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。

 
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