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一种新型功率变换器的电磁干扰分析及抑制

2010-04-251980


3、 输出整流回路的噪声
如图2中二级整流回路,是由输出整流二极管产生的干扰。图2中在输出整流二极管D6、D7截止时,有一个反向电流,它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。其中能将反向电流迅速恢复到零点的二级管称为硬恢复特性二极管,这种二极管在变压器漏感和其它分布参数的影响下,将产生较强的高频干扰,其频率可达几十MHz。

4、 非主回路噪声
非主回路既是主回路以外的电路包括输入输出控制回路等,一般指图1中除输入及DC/DC变换器以外的部分,其中PWM部分的脉冲控制信号是主要的噪声源。输入回路易受电网的影响,而输出回路易受负载的影响,也都容易将噪声耦合到开关电源内部。

5、 各种元器件及回路的寄生分布参数引起的噪声
如图3中所示,在EMI的频率范围内,常用的无源器件都不能再被认为是理想的,它们的寄生参数严重影响着它们的高频特性。特别是变压器的许多寄生参数,例如:漏感,原付边之间的分布电容等,都必须加以考虑。图4中,一是Co的作用。散热片k与开关管Q的集电极间虽然有绝缘垫片,但由于其接触面较大,绝缘垫较薄,因此两者之间的分布电容Co在高频时不能忽略。因此高频电流会通过Co流到散热片上,再流到机壳地,最终流到与机壳地相连的交流电源的保护地线de中,以产生共模辐射。二是C12的作用。脉冲变压器的初、次级之间存在的分布电容C12,可能会将原边高频电压直接耦合到副边上去,在副边用作直流输出的两条电源线上产生同相位的共模噪声。

 

图3:变压器高频电路中的寄生电容情况              图4:开关电路寄生电容

6、 其他影响开关电源EMC性能的因素:
除以上元器件及回路外,电网状况、负载形式以及电源所在环境的EMI强度也是影响开关电源EMC性能的重要因素。以负载为例,负载加大,开关管Q关断产生的|dv/dt|值加大,而负载变化对开通的|dv/dt|影响不大。由于开通和关断时产生的|dv/dt|不同,从而对外部产生的骚扰脉冲也是不同的。另外PCB的布线及元器件的布局都是相当关键的因素。实践证明,印制板的元器件布置和布线设计对开关电源EMC性能有极大的影响,在高频开关电源中,由于印制板上既有低电平小信号控制线,又有高压电源母线,同时还有一些高频功率开关、磁性元件,如何在印制板有限的空间内合理地安排元器件位置,将直接影响到电路中各元器件自身的抗干扰性和电路工作的可靠性。
7、开关电源的敏感电路:
电磁敏感度(EMS)是指在存在电磁干扰的情况下,装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。开关电源中,各个回路和元器件都同时是干扰源和敏感电路,但相比之下,开关电源的输入输出端、控制电路更容易受EMI 的影响而发生更严重的连锁反应,所以这些电路应采取措施进行重点保护,而干扰源则应该进行抑制。

三:开关电源EMC设计的实现、思路及方法

开关电源内外部干扰产生及耦合的机理比较复杂,牵涉到的因素很多,要解决开关电源的EMC问题,必须要具体电路具体分析,避免盲目采取接地、屏蔽、滤波等措施。要针对开关电源EMI的特点,确定主要的干扰因素(包括干扰源、耦合路径、易感电路),有的放矢的采取措施。具体而言,开关电源的EMC设计应按照抑制干扰源能量、破坏干扰的耦合通道并对敏感电路进行重点保护的思路进行,把好电源的输入输出关口,具体考虑以下几个方面:

1、 抑制干扰源
 抑制干扰源是抑制开关电源EMI的根本,是使开关电源EMI低于规定极限值的有效方法。
(1)减小功率管通、断过程中产生的骚扰
如前所述,开关电源的主要骚扰是来自功率开关管通、断的dv/dt。因此减小功率开关管通、断的dv/dt是减小开关电源骚扰的重要方面。软开关技术可以在一定程度上减小开关管通、断的dv/dt。在研究各种变换器的EMI特性以及缓冲电路、箝位电路、变频与定频控制对干扰水平影响的实验结果中表明,具有电压箝位的零电压定频开关变换器的EMI电平最低。因此,采用软开关电源技术,结合合理的元器件布置及合理的印制电路板布线,对开关电源的EMI水平有一定的改善。   
(2)开关频率调制技术
将频率不变的调制改为随机调制,变频调制。固定频率调制脉冲产生的干扰在低频段主要是调制频率的谐波干扰,低频段的干扰主要集中在各谐波点上。由f.lin提出方法[3]基本思想是通过调制开关频率fc,把集中在fc及其谐波2fc,3fc……上的能量分散到它们周围的频带上,以降低各个频点上的emd幅值。该方法不能降低总干扰但能量被分散到频点的基带上,从而达到各个频点都不超过emd规定的限值。

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