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高频开关电源的EMC设计似的

发布时间:2021-07-18 03:45:00 阅读: 来源:领针厂家

高频开关电源的EMC设计

摘要:阐述高频开关电源主电路的组成,针对高频开关电源的工作特点,从开关电源中的各组成部分出发,探讨开关电源电路、印制电路板的EMC设计及屏蔽等电磁干扰抑制的方法。通过记者并没有闻到传统塑料加工进程中的刺鼻难闻气味这些方法的实施,确保高频开关电源满足电磁兼容标准的要求。

关键词:电磁兼容;电磁干扰;抑制措施;高频开关电源;印制电路板

0引言

目前,在计算机及外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域中大量使用高频开关电源,但高频开关电源的突出缺点是能产生较强的电磁干扰(ElectroMagneticInterference,EMI)。

<马占峰秘书长为记者举了这样1个例子p>由于高频开关电源的一次整流桥是非线性器件,其形成的电流是严重失真的正弦半波,含有丰富的高次谐波,形成了一系列连续、动脉和瞬变干扰。因此,在高频开关电源设计中必须考虑电磁兼容性特别是对小级度盘的影响更加明显(ElctroMagneticCompatibility,EMC)的设计。

电完全在自然环境中,连接着各种电子电气设备,有着复杂的电磁转换过程,可能会引起一些问题:外来噪声使高频开关电源设备的控制电路出现误动作;通信设备由于高频开关电源设备的噪声而出现误动作;高频开关电源设备对电产生噪声污染;高频开关电源设备向空间散发噪声。

根据上述情况,针对高频开关电源存在的缺点,在此对其电路及印制电路板(PrintedCircuitBoard,PCB)进行了电磁兼容性的设计研究。

1高频开关电源的EMC设计

1.1高频开关电源主电路组成

高频开关电源主电路组成框图如图1所示,它由输入滤波电路、高频逆变电路、输出整流电路及输出直流滤波电路等组成。

1.2输入滤波电路的EMC设计

输入滤波电路的EMC设计如图2所示。

VD2为瞬态电压抑制二极管,RV1为压敏电阻,它们都具有很强的瞬变浪涌吸收能力,能很好地保护后级元气件或电路免遭浪涌电压的破坏。Z1为直流抗电磁干扰滤波器,必须良好接地,且接地线要短。L1和C1,组成低通滤波电路,当L1的电感量较大时,必须增加VD1和R1形成续流回路,以吸收L1断开时释放时的电场能量,否则,产生的电压尖峰就会形成EMI。L1的磁芯使用闭合磁芯,可以避免开环磁芯的漏磁场形成EMI。C1采用大容量的电容,可以减少输入线上的纹波电型号示例:压,减弱在输人导线周围形成的电磁场。

1.3高频逆变电路的EMC设计

高频逆变电路的EMC设计如图3所示。

C轴承的疲劳检测是怎么做的2,C3,VT2,VT3组成半桥逆变电路,VT2,VT3为IGBT或MOSFET等开关管。R4和C4构成EMI吸收回路,在VT2,VT3两端并联C5,C6,由于VT2,VT3开通和关断时,开关时间很短以及引线电感、变压器漏感的存在,回路会产生较高的di/dt,du/dt,从而形成EMI。C4,C5,C6采用低感电容,其容量的大小由公式

LI2/2=C△U2/2求得C的值(L为回路电感,I为回路电流,△U为过冲电压值)。

1.4输出整流电路的EMC设计

输出整流电路的EMC设计如图4所示。

VD6为进回程曲线不重合的现象整流二极管,VD7为续流二极管。由于VD6,VD7工作于高频开关状态,是产生EMI的主要源头。把R5,C12和R6,C13分别连接成VD6,VD7的吸收回路,用于吸收其开关时产生的电压尖峰。

减少整流二极管的数量可减少EMI的能量,因此,在同等条件下采用半波整流比全波整流和全桥整流产生的EMI要小。为减少二极管的EMI,选用具有软恢复特性的、反向恢复电流小的且时间短的二极管。

1.5输出直流滤波电路的EMC设计

直流EMI滤波器双端口络模型如图5所示,其混合参数方程为:

式中:g11为输入导纳;g22为输出阻抗;g12为反向电流增益;g21为正向电压增益。

由式(1)可以等效出如图6所示的原理图。

直流EMI滤波器的设计必须满足以下的要求:

(1)要保证滤波器在滤波的同时不影响电源的带负载能力;

(2)对于输入的直流分量,要求滤波器尽量不造成衰减;

(3)对于谐波分量,滤波器要有良好的滤波效果。

结合混合参数方程及等效原理图,根据第一条要求,应使滤波器的输入导纳和输出阻抗尽可能小,即g11=g22=0。根据第二条要求,在低频时反向电流增益g12和正向电压增益g21的设计值要尽量为1,而输入导纳和输出阻抗尽可能小,即g12=g21=1,g11=g22=0。根据第三条要求,在高频时,g11,g12,g21,g22都要尽可能的小。根据以上的条件,输出直流滤波电路的EMC设计电路如图7所示,L2,C17,C18组成LC滤波电路,减少输出电压、电流纹波的大小,从而减小通过辐射传播的EMI。滤波电容C17,C18应尽量采用多个电容并联,以减小等效串联电阻,从而减小纹波电压。输出电感L2应尽量大,以减小输出纹波电流。

C19用于滤除导线上的共模干扰,选用低感电容,接线要短。C20,C21,C22,C23用于滤除输出线上的差模干扰,选用低感的三端电容。Z2为直流滤波器,滤波器的输入、输出线要屏蔽隔离。

1.6开关电源印制电路板的EMC设计

印制电路板是高频开关电源设计的最后一个环节,如果印制电路板设计不当,由于PCB上既有小信号控制线,又有高压母线,还有高频功率开关和磁性元件,将直接影响到电路中各元件自身的抗干扰性和电路工作的可靠性,造成电源工作不稳定。单根导线的特性阻抗由直流电阻R和自感L组成,其计算公式如下两式所示。

Z=R+jwL(2)

L=2lIn(2l/b+1/2)(3)

式中:l为导线的长度;b为导线的宽度。

显然,印制线越短,直流电阻R就越小,同时增大印制线的宽度和厚度也可降低直流电阻R。从式(3)可知,印制线长度l越短,自感L就越小,而且增加印制线的宽度b也可降低自感L。多根印制线的特性阻抗除由直流电阻R和自感L组成外,还有互感M的影响,由互感M计算公式(4)可知,除受印制板的长度和宽度影响外,印制线的距离也起着重要作用。

M=2l[In2l/(b+s)-1](4)

式中:s为两线之间的距离。增大两线之间的距离可减小互感。

由以上分析可知,在设计PCB时,应尽量降低电源线和地线的阻抗,因为电源线、地线和其他印制线都有电感,当电源电流变化较大时,将会产生较大的压降,而地线压降是形成公共阻抗干扰的重要因素,所以应尽量缩短地线,尽量加粗电源线和地线线条。

2结语

电磁兼容是一个十分复杂的问题,在设计高频开关电源时,应对电源可能的电磁环境进行充分估计,可能全面地考虑高频开关电源与外界环境的耦合途径,利用各种抑制干扰技术来消除干扰耦合,增强高频开关电源的抗干扰能力。主要的措施包括合适的接地,良好的搭接,合理的布线及屏蔽、滤波、限幅等。只有在设计时充分考虑EMC的设计,才能使高频开关电源的电磁干扰降到最低点。

参考文献:

[1]曲学基,曲敬铠,于明扬.电力电子滤波技术及应用[M].北京:电子工业出版社,2008.

[2]周志敏,周纪海,纪爱华.开关电源实用电路[M].北京:中国电力出版社,2006.

[3]周志敏,周纪海,纪爱华.现代开关电源控制电路设计与应用[M].北京:人民邮电出版社,2005.

[4]刘胜利.现代高频开关电源实用技术[M].北京:电子工业出版社,2001.

[5]曲学基,曲敬铠,于明扬.电力电子整流技术及应用[M].北京:电子工业出版社,2007.

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