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高频开关电源EMC解决方案

所属分类: EMC解决方案, 工业控制 | 发布日期:2020年9月4日 上午10:04

产品:高频开关电源
EMC问题:EMC解决方案
整改周期:3天
解决方案:加电源滤波器、铁氧体磁环、加RC吸收电路,吸收浪涌电压

产品详情

开关模式电源,又称交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压,透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源或是直流电源,而输出多半是需要直流电源的设备,例如个人电脑,而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。

高频开关电源自身存在的电磁骚扰(EMI)问题如果处理不好,不仅容易对电网造成污染,直接影响其他用电设备的正常工作,而且传入空间也易形成电磁污染,由此产生了高频开关电源的电磁兼容(EMC)问题。

高频开关电源电磁骚扰源的分析  

在图1a电路中的整流器、功率管Q1,在图1b电路中的功率管Q2~Q5、高频变压器T1、输出整流二极管D1~D2都是高频开关电源工作时产生电磁骚扰的主要骚扰源,具体分析如下。

(1)整流器整流过程产生的高次谐波会沿着电源线产生传导骚扰和辐射骚扰。

(2)开关功率管工作在高频导通和截止的状态,为了降低开关损耗,提高电源功率密度和整体效率,开关管的打开和关断的速度越来越快,一般在几微秒,开关管以这样的速度打开和关断,形成了浪涌电压和浪涌电流,会产生高频高压的尖峰谐波,对空间和交流输入线形成电磁骚扰。

(3)高频变压器T1进行功率变换的同时,产生了交变的电磁场,向空间辐射电磁波,形成了辐射骚扰。变压器的分布电感和电容产生振荡,并通过变压器初次级之间的分布电容耦合到交流输入回路,形成传导骚扰。

(4)在输出电压比较低的情况下,输出整流二极管工作在高频开关状态,也是一种电磁骚扰源。

针对高频开关电源电磁骚扰的电磁兼容设计  

(1)开关电源入口加电源滤波器,抑制开关电源所产生的高次谐波。

(2)输入输出电源线上加铁氧体磁环,一方面抑制电源线内的高频共模,另一方面减小通过电源线辐射的骚扰能量。

(3)电源线尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环路面积;把输入交流电源线和输出直流电源线分开走线,减小输入输出间的电磁耦合;信号线远离电源线,靠近地线走线,并且走线不要过长,以减小回路的环面积;PCB板上的线条宽度不能突变,拐角采用圆弧过渡,尽量不采用直角或尖角。

(4)对芯片和MOS开关管安装去耦电容,其位置尽可能地靠近并联在器件的电源和接地管脚。

(5)由于接地导线存在Ldi/dt,PCB板和机壳间接地采用铜柱连接,对不适合用铜柱连接的采用较粗的导线,并就近接地。

(6)在开关管以及输出整流二极管两端加RC吸收电路,吸收浪涌电压。

结语  

随着高频开关电源等电子产品电磁兼容重要性的凸现,我们应该在产品设计初期阶段,同时进行电磁兼容设计,此时结构和电路方案尚未定型,可选用的方法较多。

与EMI相关的因素多且复杂,仅做到上述的几点措施是远远不够的,还有接地技术、PCB布局走线等都很重要。电磁兼容的设计任重而道远,我们要不断进行研究探索,使我国的电子产品电磁兼容水平与国际同步。