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电子线路的电磁兼容性分析

   2010-06-30 2130


    图2中的L1为差模滤波电感器,差模滤波电感器一般用矽钢片材料制作,以提高电感量,为了防止大电流流过差模滤波电感器时产生磁饱和。一般差模滤波电感器的两个组线圈都各自留有一个漏感磁回路。L1差模滤波电感可根据试验求得,也可以根据下式进行计算:
    E=Ldi/dt
式中:E为输入电压Uin与电容器C5两端电压的差值,即L1两端的电压降,L为电感量,di/dt为电流上升率。显然,要求电流上升率越小,则要求电感量就越大。(2)对振铃电压的抑制。由于变压器的初级有漏感,当电源开关管V1由饱和导通到截止关断时会产生反电动势,反电动势又会对变压器初级线圈的分布电容进行充放电,从而产生阻尼振荡,即产生振铃,如图4所示。

   变压器初级漏感产生反电动势的电压幅度一般都很高,其能量也很大,如不采取保护措施,反电动势一般都会把电源开关管击穿,同时反电动势产生的阻尼振荡还会产生很强的电磁辐射,不但对机器本身造成严重干扰,对机器周边环境也会产生严重的电磁干扰。

    图2中的D1,R2,C6是抑制反电动势和振铃电压幅度的有效电路,当变压器初级漏感产生反电动势时,反电动势通过二极管D1对电容器C6进行充电,相当于电容器吸收反电动势的能量,从而降低了反电动势和振铃电压的幅度。电容器C6充满电后,又会通过R2放电,正确选择RC放电的时间常数,使电容器在下次充电时,其剩余电压刚好等于方波电压幅度,此时电源的工作效率最高。

   (3)对传导干扰信号的抑制。图1中,当电源开关管V1导通或者截止时,在电容器C5、变压器T1的初级和电源开关管V1组成的电路中会产生脉动直流 i1,如果把此电流回路看成是一个变压器的“初级线圈”。由于电流i1的变化速率很高,它在“初级线圈”中产生的电磁感应,也会对周围电路产生电磁感应。可以把周围电路都看成是同一变压器的多个“次级线圈”,同时变压器T1的漏感也同样对各个“次级线圈”产生感应作用。因此电流i1通过电磁感应,在每个 “次级线圈”中都会产生的感应电流,分别把它们记为i2,i3,…,in。其中,i2和i3是差模干扰信号,它们可以通过两根电源线传导到电网的其他线路之中和干扰其他电子设备。i4是共模干扰信号,它是电流i1回路通过电磁感应其他电路与大地或机壳组成的回路产生的,并且其他电路与大地或机壳是通过电容耦合构成回路的,共模干扰信号可以通过电源线与大地传导到电网其他线路之中和干扰其他电子设备。

 

    与电源开关管V1的集电极相连的电路,也是产生共模干扰信号的主要原因。因为在整个开关电源电路中,数电源开关管V1集电极的电位最高,最高可达600 V以上,其他电路的电位都比它低,因此电源开关管V1的集电极与其他电路(也包括电源输入端的引线)之间存在很强的电场,在电场的作用下,电路会产生位移电流,这个位移电流基本属于共模干扰信号。

    图2中的电容器C1,C2和差模电感器L1对i1,i2和i3差模干扰信号有很强的抑制能力。由于C1,C2在电源线拔出时还会带电,容易触电伤人,所以在电源输入的两端要接一个放电电阻R1。

    对共模干扰信号i4要进行完全抑制,一般很困难,特别是没有金属机壳屏蔽的情况下,因为在感应产生共模干扰信号的回路中,其中的一个“元器件”是线路板与大地之间的等效电容,此“元器件”的数值一般是不稳定的,进行设计时对指标要留有足够的余量。图2中L2和C3,C4是共模干扰信号抑制电路器件,在输入功率较大的电路中,L2一般要用两个,甚至三个,其中一个多为环形磁心电感。

    根据上面分析,产生电磁干扰的主要原因是i1流过的主要回路,这个回路主要由电容器C5、变压器T1初级和电源开关管V1组成。根据电磁感应原理,这个回路产生的感应电动势为:
    e=dφ/dt=SdB/dt
式中:e为感应电动势;φ为磁通量;S为电流回路的面积;B为磁感应强度,其值与电流强度成正比;dφ/dt为磁通变化率。由此可见,感应电动势与电流回路的面积成正比。因此要减小电磁干扰,首先要设法减小电流回路的面积,特别是i1电流流过的回路面积。另外,为了减少变压器漏感对周围电路产生电磁感应的影响,一方面要求心量减小变压器的漏感;另一方面,在变压器的外围包一层薄铜皮,以构成一个低阻抗短路线圈,通过涡流消耗漏感产生的感应能量。

   (4)对辐射干扰信号的抑制。电磁辐射干扰也是通过电磁感应的方式,由带电体或电流回路及磁感应回路对外产生电磁辐射的。任何一根导体都可以看作一根电磁感应天线,任何一个电流回路都可以看作一个环形天线,电感线圈和变压器漏感也是电磁感应辐射的重要器件。要想完全抑制电磁辐射是不可能的,但通过对电路进行合理设计,或者采取部分屏蔽措施,可以大大减轻电磁干扰的辐射。

 
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