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課程大綱

開關電源與線性穩(wěn)壓電源相比,具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬等許多優(yōu)點,己被廣泛應用于計算機及其外圍設備、通信、自動控制、家用電器等領域。

但開關電源的突出缺點是能產生較強的電磁干擾(EMI)。EMI信號既具有很寬的頻率范圍,又有一定的幅度,經傳導和輻射后會影響電磁環(huán)境,對通信設備和電子產品造成干擾。

如果處理不當,開關電源本身就會變成一個騷擾源。目前,電子產品的電磁兼容性(EMC)日益受到重視,抑制開關電源的EMI,提高電子產品的質量,使之符合EMC標準,已成為電子產品設計者越來越關注的問題。

我們先來看看外部環(huán)境對開關電源的干擾主要來自電網的抖動、雷擊、外界輻射等;如下圖:

開關電源系統(tǒng)的產品EMC的三大思考問題分析

1、電源噪聲?

2、電源復位?

3、電源輸出?

4、電源損壞?

等等。

瞬態(tài)干擾(EMS)對設備會產生威脅,出現(xiàn)產品功能及性能的問題。

后面我們通過PCB的分析來講解開關電源系統(tǒng)EMS的問題;

開關電源系統(tǒng)的產品EMC的三大思考問題,了解了&找得到就能解決EMC。

1.信號(源);

2.結構設計 ;

3.地的連接 。

開關電源系統(tǒng)的產品EMC的三大思考問題分析

傳導干擾共模與差模信號的電流路徑分析。

開關電源通常是將工頻交流電整流為直流電, 然后經過開關管的控制使其變?yōu)楦哳l, 再經過整流濾波電路輸出, 得到穩(wěn)定的直流電壓。工頻整流濾波使用大容量電容充、放電, 開關管高頻通斷, 輸出整流二極管的反向恢復等工作過程中產生了極高的di/dt和du/dt ,形成了強烈的浪涌電流和尖峰電壓, 它是開關電源電磁干擾產生的基本原因。

另外,開關管的驅動波形,?MOSFET漏源波形等都是接近矩形波形狀的周期波。因此, 其頻率是MHz級別的,有著很高的高頻諧波分量! 這些高頻信號對開關電源的基本信號, 特別是控制電路的信號造成干擾。

簡單的說:開關電源系統(tǒng)當MOS管開通時,L,N回路中變壓器電感的電流線性上升;MOS關斷時 L,N回路電流迅速關斷;此時回路的電流波形為三角波;高頻的三角波電流的諧波分量形成系統(tǒng)的差模干擾。

雜散參數(shù)影響耦合通道的特性

在傳導騷擾頻段(<30MHz),多數(shù)開關電源騷擾的耦合通道是可以用電路網絡來描述的。但是,在開關電源中的任何一個實際元器件,如電阻器、電容器、電感器乃至開關管、二極管都包含有雜散參數(shù),且研究的頻帶愈寬,等值電路的階次愈高,因此,包括各元器件雜散參數(shù)和元器件間的耦合在內的開關電源的等效電路將復雜得多。

在高頻時,雜散參數(shù)對耦合通道的特性影響很大,分布電容的存在成為電磁騷擾的通道。另外,在開關管功率較大時,集電極一般都需加上散熱片,散熱片與開關管之間的分布電容在高頻時不能忽略,它能形成面向空間的輻射騷擾和電源線傳導的共模騷擾。

簡單的說:在高頻段>1MHZ時,開關電源系統(tǒng)對地就存在分布電容;系統(tǒng)的關鍵信號,關鍵走線對地都存在分布電容;分布電容形成對地回到L,N的共模干擾信號。同時分布電容的環(huán)路形成對空間的輻射干擾!

輻射干擾共模與差模信號的磁場分布。

開關電源系統(tǒng)的產品EMC的三大思考問題分析

1.差模電流的磁場主要集中在差模電流構成的回路面積之內,

而回路面積之外的磁力線會相互抵消;

2.共模電流的磁場,在回路面積之外,

共模電流產生的磁場方向相同,磁場強度反而加強。

注意:

關于輻射的一個重要基本概念是:電流導致輻射,而非電壓。

輻射干擾共模與差模信號的場強特性。

1.較小的共模電流能夠產生強度很高的輻射;

2.很多因素都能導致共模電流;

比如:

A.電網串入共模干擾電壓-(我們EMS的部分模擬測試);

B.輻射干擾(如雷電,設備電弧,附近電臺,大功率輻射源)在信號線上感應出共模干擾;

C.接地電壓不一樣。也就是說地電位差異引入共模干擾;

D.也包括設備內部電線對電源線的影響。

數(shù)據(jù)結果-40dB 測試數(shù)據(jù)分析:

Data1: 一個20mA的差模電流,

在30MHZ時,將在3m遠的地方產生一個強度為100uV/m的輻射電場。

Data2: 一個8uA的共模電流,

在30MHZ時,將在3m遠的地方產生一個強度為100uV/m的輻射電場。

很小的共模電流 和 很大的差分電流產生大小相等的RF能量。

原因:共模電流不能在RF返回路徑中進行磁力線的抵消。

輻射干擾系統(tǒng)分布參數(shù)影響的電磁場環(huán)路分析

開關電源系統(tǒng)的產品EMC的三大思考問題分析

開關電源系統(tǒng)對地就存在分布電容;系統(tǒng)的關鍵信號,關鍵走線對地都存在分布電容;共模電流通過布局布線流經系統(tǒng)的信號線及電纜的分布電容形成對地 回到L,N的共模干擾信號。同時分布電容的環(huán)路形成對空間的輻射干擾。

其中>30MHZ以上 為輻射發(fā)射的天線接收;即共模輻射在空間產生電磁場,此時被輻射騷擾測試接收天線接收后,那么就形成了產品對外的輻射騷擾。

對電子產品的EMC的三大思考問題。

A.信號(源) 在哪里;

B.結構設計 是這樣的嗎;

C.地的連接 還有更好的方法嗎?


 

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