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电源的电磁搅扰技术设计关键

开关电源工作在高频开关状态,内部会产生很高的电流、电压变化率,导致开关电源产生较强的电磁干扰。电磁干扰信号不仅对电网造成污染,还直接影响到其他用电设备甚至电源本身的正常工作,而且作为辐射干扰闯入空间,

开关电源作业在高频开关状况,内部会发生很高的电流、电压改变率,导致开关电源发生较强的电磁搅扰。电磁搅扰信号不仅对电网构成污染,还直接影响到其他用电设备乃至电源自身的正常作业,并且作为辐射搅扰闯入空间,构成电磁污染,限制着人们的出产和日子。

  国内涵20世纪80一90年代,为了加强对当时国内电磁污染的管理,拟定了一些与CISPR规范、IEC801等国际规范相对应的规范。自从2003年8月1日我国强制施行3C认证(china compulsory certification)作业以来,掀起了“电磁兼容热”,近间隔的电磁搅扰研讨与操控愈来愈引起电子研讨人员们的重视,当时已成为当时研讨范畴的一个新热门。本文将针对开关电源电磁搅扰的发生机理体系地论说相关的按捺技能。

  l 开关电源电磁搅扰的按捺

  构成电磁搅扰的三要素是搅扰源、传达途径和受扰设备。因此,按捺电磁搅扰应从这三方面人手。按捺搅扰源、消除搅扰源和受扰设备之间的耦合和辐射、进步受扰设备的抗扰才能,然后改进开关电源的电磁兼容功能的意图。

  1.1 选用滤波器按捺电磁搅扰

  滤波是按捺电磁搅扰的重要办法,它能有用地按捺电网中的电磁搅扰进入设备,还能够按捺设备内的电磁搅扰进入电网。在开关电源输入和输出电路中装置开关电源滤波器,不光能够处理传导搅扰问题,一起也是处理辐射搅扰的重要兵器。滤波按捺技能分为无源滤波和有源滤波2种办法。

  1.1.1 无源滤波技能

  无源滤波电路简略,本钱低价,作业功能牢靠,是按捺电磁搅扰的有用办法。无源滤波器由电感、电容、电阻元件组成,其直接作用是处理传导发射。

  因为原电源电路中滤波电容容量大,整流电路中会发生脉冲尖峰电流,这个电流由十分多的高次谐波电流组成,对电网发生搅扰;别的电路中开关管的导通或截止、变压器的初级线圈都会发生脉动电流。因为电流改变率很高,对周围电路会发生出不同频率的感应电流,其间包含差模和共模搅扰信号,这些搅扰信号能够经过2根电源线传导到电网其他线路和搅扰其他的电子设备。图中差模滤波部分能够削减开关电源内部的差模搅扰信号,又能大大衰减设备自身作业时发生的电磁搅扰信号传向电网。又根据电磁感应规律,得E=Ldi/dt,其间:E为L两头的电压降;L为电感量;di/dt为电流改变率。显着要求电流改变率越小,则要求电感量就越大。

  脉冲电流回路经过电磁感应其他电路与大地或机壳组成的回路发生的搅扰信号为共模信号;开关电源电路中开关管的集电极与其他电路之间发生很强的电场,电路会发生位移电流,而这个位移电流也归于共模搅扰信号。图1中共模滤波器便是用来按捺共模搅扰,使之遭到衰减。  1.1.2 有源滤波技能

  有源滤波技能是按捺共模搅扰的一种有用办法。该办法从噪声源动身而采纳的办法,其根本思想是设法从主回路中取出一个与电磁搅扰信号巨细持平、相位相反的补偿信号去平衡本来的搅扰信号,以到达下降搅扰水平的意图。运用晶体管的电流扩大作用,经过把发射极的电流折合到基极,在基极回路来滤波。R1,C2组成的滤波器使基极纹波很小,这样射极的纹波也很小。因为C2的容量小于C3,减小了电容的体积。这种办法仅合适低压小功率电源的状况。别的,在规划和选用滤波器时应留意频率特性、耐压功能、额定电流、阻抗特性、屏蔽和牢靠性。滤波器的装置方位要恰当,装置办法要正确,才能对搅扰起到预期的滤波作用。

  1.2 屏蔽技能和接地技能

  选用屏蔽技能能够有用地按捺开关电源的电磁辐射搅扰。屏蔽一般分为2种:一种是静电屏蔽,首要用于避免静电场和稳定磁场的影响;另一种是电磁屏蔽,首要用于避免交变电场、磁场以及交变电磁场的影响。屏蔽技能分为对宣布电磁波部位的屏蔽和受电磁波影响的元器材的屏蔽。在开关电源中,可宣布电磁波的元器材是指变压器、电感器、功率器材等,一般在其周围选用铜板或铁板作为屏蔽,以使电磁波发生衰减。

  此外,为了按捺开关电源发生的辐射向外部发散,为了削减电磁搅扰对其他电子设备的影响,应采纳全体屏蔽。可彻底依照对磁场屏蔽的办法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与体系的机壳和地衔接为一体,就能对电磁场进行有用的屏蔽。然而在运用全体屏蔽时应充分考虑屏蔽资料的接缝、电线的输入/输出端子和电线的引出口等处的电磁走漏,且不易散热,结构本钱大幅度添加等要素。

  为使电磁屏蔽能一起发挥静电屏蔽的作用,加强屏蔽作用,一起保证人身和设备的安全,应将体系与大地相连,即为接地技能。接地是指在体系的某个选定点与某个接地上之间树立导电的通路规划。这一进程是至关重要的,将接地和屏蔽正确结合起来能够更好地处理电磁搅扰问题,又可进步电子产品的抗搅扰才能。

  1.3 PCB规划技能

  为更好地按捺开关电源的电磁搅扰,其印制电路板(PCB)的抗搅扰技能尤为重要。为削减PCB的电磁辐射和PCB上电路间的串扰,要十分留意PCB布局、布线和接地。如削减辐射搅扰是减小通路面积,减小搅扰源和灵敏电路的环路面积,选用静电屏蔽。而按捺电场与磁场的耦合,应尽量增大线间间隔。

  在开关电源中接地是按捺搅扰的重要办法。接地有安全接地、作业接地和屏蔽接地等3种根本类型。地线规划应留意以下几点:沟通电源地与直流电源地分隔;功率地与弱电地分隔;模仿电路与数字电路的电源地分隔;尽量加粗地线。  1.4 扩频调制技能

  关于一个周期信号尤其是方波来说,其能量首要散布在基频信号调和波重量中,谐波能量随频率的添加呈级数下降。因为n次谐波的带宽是基频带宽的n倍,经过扩频技能将谐波能量散布在一个更宽的频率范围上。因为基频和各次谐波能量削减,其发射强度也应该相应下降。要在开关电源中选用扩频时钟信号,需要对该电源开关脉冲操控电路输出的脉冲信号进行调制,构成扩频时钟。与传统的办法比较,选用扩频技能优化开关电源EMI既高效又牢靠,无需添加体积巨大的滤波器材和繁琐的屏蔽处理,也不会对电源的功率带来任何负面影响。

  1.5 一次整流电路中加功率因数校对(PFC)网络

  关于直流稳压电源,电网电压经过变压器降压后直接经过整流电路进行整流,所以整流进程中发生的谐波重量作为搅扰直接影响沟通电网的波形,使波形畸变,功率因数偏低。为了处理输入电流波形畸变和下降电流谐波含量,将功率因数校对(PFC)技能使用于开关电源中是十分必要的。PFC技能使得电流波形跟从电压波形,将电流波形校对成近似的正弦波,然后下降了电流谐波含量,改进了桥式整流电容滤波电路的输入特性,进步了开关电源的功率因数。其间无源功率因数校对电路是运用电感和电容等元件组成滤波器,将输入电流波形进行移相和整形进程来完成进步功率因数的。而有源功率因数校对电路是根据操控电路逼迫输入沟通电流波形盯梢输入沟通电压波形的原理来完成沟通输入电流正弦化,并与沟通输入电压同步。两种办法均使功率因数进步,后者作用愈加显着,但电路杂乱。

  2 结语

  本文的规划办法正确,仿真成果正常,克服了传统计划中所存在的一些问题,使电磁搅扰的按捺技能得到进一步优化。从开关电源电磁搅扰发生的机理来看,有多种办法可按捺电磁搅扰,除本文中剖析的几种首要办法外,还能够选用光电隔离器、LSA系列浪涌吸收器、软开关技能等。按捺开关电源的电磁搅扰,意图是使其能在各范畴得到有用使用的一起,尽量削减电磁污染,完成了对电磁污染问题的有用管理。而在实践规划时,应全面考虑开关电源的各种电磁搅扰,选用多种按捺电磁搅扰的办法加以综合运用,使电磁搅扰降到最低,然后进步电子产品的质量与牢靠性。

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