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開關(guān)電源等產(chǎn)品EMC的三大思考問題分析
來源:東莞市成良智能科技 發(fā)布時間:2019-09-16 點擊量:906
開關(guān)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(guān)電源的突出缺點是能產(chǎn)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(jīng)傳導和輻射后會影響電磁環(huán)境,對通信設備和電子產(chǎn)品造成干擾。
如果處理不當,開關(guān)電源本身就會變成一個騷擾源。目前,電子產(chǎn)品的電磁兼容性(EMC)日益受到重視,抑制開關(guān)電源的EMI,提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量,使之符合EMC標準,已成為電子產(chǎn)品設計者越來越關(guān)注的問題。
瞬態(tài)干擾(EMS)對設備會產(chǎn)生威脅,出現(xiàn)產(chǎn)品功能及性能的問題。下面通過PCB的分析來講解開關(guān)電源系統(tǒng)EMS的問題:1.信號(源);2.結(jié)構(gòu)設計 ;3.地的連接 。
對開關(guān)電源等電子產(chǎn)品的EMC的三大思考問題。
A.信號(源) 在哪里;B.結(jié)構(gòu)設計 是這樣的嗎;C.地的連接 還有更好的方法嗎?開關(guān)電源通常是將工頻交流電整流為直流電, 然后經(jīng)過開關(guān)管的控制使其變?yōu)楦哳l, 再經(jīng)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(guān)管高頻通斷, 輸出整流二極管的反向恢復等工作過程中產(chǎn)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(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生的最基本原因。
另外,開關(guān)管的驅(qū)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(guān)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(guān)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(guān)斷時 L,N回路電流迅速關(guān)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(guān)電源騷擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡來描述的。但是,在開關(guān)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(guān)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(nèi)的開關(guān)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(guān)管功率較大時,集電極一般都需加上散熱片,散熱片與開關(guān)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(guān)電源系統(tǒng)對地就存在分布電容;系統(tǒng)的關(guān)鍵信號,關(guān)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!
1.差模電流的磁場主要集中在差模電流構(gòu)成的回路面積之內(nèi),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(chǎn)生的磁場方向相同,磁場強度反而加強。
關(guān)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(chǎn)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(wǎng)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(nèi)部電線對電源線的影響。
數(shù)據(jù)結(jié)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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。開關(guān)電源系統(tǒng)對地就存在分布電容;系統(tǒng)的關(guān)鍵信號,關(guān)鍵走線對地都存在分布電容;共模電流通過布局布線流經(jīng)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(chǎn)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(chǎn)品對外的輻射騷擾。
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