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如何改善开关电源电路的EMI特性?

2025-04-285863安规与电磁兼容网

2、  降低电路中di/dt

 

 图 4 降低MOSFET的di/dt措施

图4 MOSFET驱动阶段中存在的各个di/dt部分产生两种效果:

G极、D极、S极处的杂散电感引起的噪声电压

初级大环路的噪声电压

可通过下面措施进行改进:

- 增加高频电容减小环路面积

我们可以采取措施减小高频电位跳变点的PCB环路面积。增加高频高压直流电容C_IP是减少PCB环路面积和分离高频和低频两个部分回路有效措施。

- 合理增加磁珠抑制高频电流

为了额外降低di/dt,可以在电路中增加已知的电感,以抑制高频段的电流尖峰和振荡。已知的电感与杂散电感串联,所以总电感值在设计者已知的电感范围内。铁氧体磁珠就是很好的高频电流抑制器,它在预期频率范围内变为电阻,并以热的形式消散噪声能量。

3、  推荐测试方案

 正确使用和选择测量仪器和测量方法有助快速定位问题根源。调试时采用PWR2000W变频电源提供输入电压,在被测试电路出现异常时可以及时保护电路。普通测试探头容易引入额外寄生电感,造成噪声在普通探头中形成反射,引起振荡,会给测量引入不确定因素。采用我司推出的ZP1500D高压差分探头,其输入阻抗高达10MΩ,CMRR可达80dB以上,适合直接对MOSFET测量。ZDS4000系列示波器为数据挖掘型示波器,具有500M模拟带宽和512M存储深度,完全满足深度噪声测量需求。图5为推荐参考测试方案框图。

 

图 5 MOSFET噪声测试方案

 

MOSFET电流测试波形图

如图5,在G极、S极和RCD电路中分别添加铁氧体磁珠进行优化。使用电流探头ZCP0030和ZDL6000示波记录仪进行测量。在输入110VAC@50Hz/输出100VDC@8A条件下,优化后(通道2蓝色)比优化前(通道1红色),电流尖峰和振荡明显降低。

 

 

图 6 电流尖峰优化前后对比

MOSFET电压测试波形图

在MOSFET的DS极两端并510pF高压电容,测试Vgs和Vds,优化后比优化前的电压尖峰小30V左右,有效降低电压尖峰,有助与减少EMI。

图 7 电压尖峰优化前

 

 图 8 电压尖峰优化后

4、  小结

在电路的关键节点增加电容、磁珠以及在MOSFET外接Cds、增大Rgon等,是降低MOSFET电压尖峰和电流尖峰的有效措施,从而改善电路EMI性能。此外合适的测量仪器设备是电源工程师快速定位问题必不可少的工具,通过科学的测量方法和有效的改善手段,可使低噪高功率密度电源产品快速成型。

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