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地线对电磁兼容的影响

2014-10-302790安规与电磁兼容网

变压器输出电压经二极管D1整流后为脉动直流,脉动直流含有非常丰富的高频谐波,不能直接向功率放大器供电,必须要经过储能滤波,使脉动直流变成一种纹波很小的直流后,再给功率放大器供电。 

图1中C1是储能滤波电容,它的功能是把开关电源输出的脉冲功率进行存储,然后再给负载提供稳定的功率和电压输出。电容C1充电的时候相当于功率存储,放电的时候,相当于功率输出。由于C1的充放电电流特别大,如果电路处理不当,充放电回路产生的电磁干扰将非常严重。根据(12)、(13)、(14)、(15)、(16)式可知:产生感应电动势的大小,与电流的变化律成正比,与磁通的变化率成正比,与产生感应磁通回路的面积成正比,与互感的大小成正比;而充电回路电流的大小,与开关电源输出电压的变化率成正比,与充电电容器的大小成正比。

即:
       e = L●di/dt (12)
       e = dΦ /dt (13)
       e = SdB/dt (14)
       i = C●dv/dt (15)
       e = M●di/dt (16)

图2是开关电源整流输出电压以及电源滤波电容的纹波电压和纹波电流波形。图19中红线表示电容器充电时的电压、电流变化曲线,蓝线表示电容器放电时的电压、电流变化曲线。其中Ui表示整流输出电压,Uo表示经过滤波后的输出电压,uc表示滤波电容的纹波电压,ic表示滤波电容的纹波电流。

 
图2

由图2可以看出,电源滤波回路同时存在两种非常严重的电磁辐射,一个由变压器输出电压方波产生的高频电场辐射,另一个是由电源滤波回路电容器充放电电流产生的高频磁场辐射,统称电磁辐射。

为了减少电磁辐射,比较简便和有效的办法就是减少电磁辐射的面积,或减少电压和电流的上升率,减少电压上升率会增加电源开关管的损耗;减少电流上升率可以在电容充放电回路中串联一个小电感,但串联电感又会产生新的磁辐射,并且增加成本。为了减少电磁辐射的有效辐射面积,整流二极管D1、电源滤波电容C1必须紧靠开关电源变压器的次级,电源滤波电容C1的地G2更应该就近与变压器次级的地G1连接,并且在PCB板上还要做到一点接地,即:在这两个接地点之间不要插入其它的接地点。变压器输出电压经过C1电容滤波后,脉动电压的成分以及高次谐波部分都将会大大减少,此时,G1或G2与大地连接,流入大地的谐波电流也将会大大减小。

我们再看其它的地,G7是功率放大器A1输出的地,同时G7还是功率放大器A1电源的负极。我们可以把功率放大器A1看成是一个软开关,功率放大器的输出级一般都是由两个推拉管组成,两个放大管受输入信号的控制来回导通,不断地向负载R1提供功率输出,并且不停地向电源索取能量——电流。流过功率放大器A1或负载R1的电流是脉动电流,因此,功率放大器的电源输入回路以及功率输出回路也会向外产生很强的电磁辐射,为了减少电磁辐射,要尽量减少电源输入回路以及功率输出回路的面积。

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