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怎么減少3D打印機(jī)開(kāi)關(guān)電源間的電磁干擾（一）

來(lái)源：發(fā)布時(shí)間：2019-04-20 點(diǎn)擊量：1548

怎么減少3D打印機(jī)開(kāi)關(guān)電源間的電磁干擾（一）

東莞3D打印機(jī)開(kāi)關(guān)電源也叫交換式電源、開(kāi)關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是電源供應(yīng)器的一種。其功能是將一個(gè)位準(zhǔn)的電壓，透過(guò)不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶(hù)端所需求的電壓或電流。那么3D打印機(jī)開(kāi)關(guān)電源的輸入多半是交流電源（例如市電）或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設(shè)備。

3D打印機(jī)開(kāi)關(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開(kāi)模式（飽和區(qū)）及全閉模式（截止區(qū)）之間切換，這兩個(gè)模式都有低耗散的特點(diǎn)，切換之間的轉(zhuǎn)換會(huì)有較高的耗散，但時(shí)間很短，因此比較節(jié)省能源，產(chǎn)生廢熱較少。理想上，開(kāi)關(guān)電源本身是不會(huì)消耗電能的。電壓穩(wěn)壓是透過(guò)調(diào)整晶體管導(dǎo)通及斷路的時(shí)間來(lái)達(dá)到。開(kāi)關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率是其一大優(yōu)點(diǎn)，而且因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源工作頻率高，可以使用小尺寸、輕重量的變壓器。

3D打印機(jī)開(kāi)關(guān)電源中的電磁干擾分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。通常傳導(dǎo)干擾比較好分析，可以將電路理論和數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，對(duì)電磁干擾中各種元器件的特性進(jìn)行研究;但對(duì)輻射干擾而言，由于電路中存在不同的干擾源的綜合作用，又涉及到電磁場(chǎng)理論，分析起來(lái)比較困難。

傳導(dǎo)干擾可分為共模(CM)干擾和常模(DM)干擾。由于寄生參數(shù)的存在以及 3D打印機(jī)開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)器件的高頻開(kāi)通與關(guān)斷，開(kāi)關(guān)電源在其輸入端(即交流電網(wǎng)側(cè))產(chǎn)生較大的共模干擾和常模干擾。
變換器工作在高頻情況時(shí)，由于dvldt很高，激發(fā)變壓器繞組間以及開(kāi)關(guān)管與散熱片間的寄生電容，從而產(chǎn)生共模干擾。
根據(jù)共模干擾產(chǎn)生的原理，實(shí)際應(yīng)用時(shí)常采用以下幾種抑制方法:
(1)優(yōu)化電路元器件布置，盡量減少寄生、糯合電容。
(2)延緩開(kāi)關(guān)的開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間，但這與開(kāi)關(guān)電源高頻化的趨勢(shì)不符。
(3)應(yīng)用緩沖電路，減緩dv/dt的變化率。變換器中的電流在高頻情況下作開(kāi)關(guān)變化，從而在輸人、輸出的濾波電容上產(chǎn)生很高的dv/dt，即在濾波電容的等效電感或阻抗上感應(yīng)出干擾電壓，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生常模干擾。故選用高質(zhì)量的濾波電容(等效電感或阻抗很低)可以降低常模干擾。

輻射干擾又可分為近場(chǎng)干擾[測(cè)量點(diǎn)與場(chǎng)源距離<λ/6(λ為干擾電磁波波長(zhǎng))]和遠(yuǎn)場(chǎng)干擾(測(cè)量點(diǎn)與場(chǎng)源距離>λ/6)。由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知，導(dǎo)體中變化的電流會(huì)在其周?chē)臻g產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。兩者都遵循麥克斯韋方程式。而這一變化電流的幅值和頻率決定了產(chǎn)生電磁場(chǎng)的大小以及其作用范圍。在輻射研究中天線是電磁輻射源，在 3D打印機(jī)開(kāi)關(guān)電源電路中，主電路中的元器件、連線都可以認(rèn)為是天線，可以應(yīng)用電偶極子和磁偶極子理論來(lái)分析。分析時(shí)，二極管、開(kāi)關(guān)管、電容等可看成電偶極子;電感線圈可以認(rèn)為是磁偶極子，再以相關(guān)的電磁場(chǎng)理論進(jìn)行綜合分析就可以了。

需要注意的是，不同支路的電流相位不一定相同，在磁場(chǎng)計(jì)算時(shí)這一點(diǎn)尤其重要。相位不同，一是因?yàn)楦蓴_從干擾源傳播到測(cè)量點(diǎn)存在時(shí)延作用(也稱(chēng)遲滯效應(yīng));二是因?yàn)樵骷旧淼奶匦詫?dǎo)致相位不同。如電感中電流相位比其他元器件要滯后。遲滯效應(yīng)引起的相位滯后是信號(hào)頻率作用的結(jié)果，僅在頻率很高時(shí)作用才較明顯(如GHz級(jí)或更高);對(duì)于功率電子器件而言，頻率相對(duì)較低，故遲滯效應(yīng)作用不是很大。

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