電子工程師必看！五大開(kāi)關(guān)電源EMI抑制策略
電源開(kāi)關(guān)因具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、作業(yè)穩 定、安全可靠以及穩壓規模寬等長(cháng)處，而被廣泛應用于計算機、通訊、電子儀器、工業(yè)自動(dòng)操控、國防及家用電器等范疇�？墒�開(kāi)關(guān)電源瞬態(tài)呼應較差、易發(fā)生電磁 攪擾，且EMI信號占有很寬的頻率規模，并具有必定的起伏。這些EMI信號經(jīng)過(guò)傳導和輻射辦法污染電磁環(huán)境，對通訊設備和電子儀器造成攪擾，因而在必定程 度上約束了開(kāi)關(guān)電源的運用。而開(kāi)關(guān)電源中的攪擾源首要會(huì )集在電壓、電流改變大，如開(kāi)關(guān)管、二極管、高頻變壓器等元件，以及溝通輸人、整流輸出電路有些。接下來(lái)就說(shuō)下按捺開(kāi)關(guān)電源電磁攪擾的五大辦法了↓
選用溝通輸入EMI濾波器
通常攪擾電流在導線(xiàn)上傳輸時(shí)有兩種辦法：共模辦法和差模辦法。共模攪擾是載流體與大地之間的攪擾：攪擾巨細和方向共同，存在于電源任何一相對大地、或中線(xiàn) 對大地間，首要是由du/dt發(fā)生的，di/dt也發(fā)生必定的共模攪擾。而差模攪擾是載流體之間的攪擾：攪擾巨細持平、方向相反，存在于電源相線(xiàn)與中線(xiàn)及 相線(xiàn)與相線(xiàn)之間。攪擾電流在導線(xiàn)上傳輸時(shí)既能夠共模辦法出現，也能夠差模辦法出現;但共模攪擾電流只有變成差模攪擾電流后，才能對有用信號構成攪擾。
溝通電源輸人線(xiàn)上存在以上兩種攪擾，通常為低頻段差模攪擾和高頻段共模攪擾。在通常情況下差模攪擾起伏小、頻率低、造成的攪擾小;共模攪擾起伏大、頻率高， 還能夠經(jīng)過(guò)導線(xiàn)發(fā)生輻射，造成的攪擾較大。若在溝通電源輸人端選用恰當的EMI濾波器，則可有效地按捺電磁攪擾。電源線(xiàn)EMI濾波器根本原理如圖1所示， 其間差模電容C1、C2用來(lái)短路差模攪擾電流，而中心連線(xiàn)接地電容C3、C4則用來(lái)短路共模攪擾電流。共模扼流圈是由兩股等粗而且按同方向繞制在一個(gè)磁芯 上的線(xiàn)圈組成。假如兩個(gè)線(xiàn)圈之間的磁藕合十分嚴密，那么漏感就會(huì )很小，在電源線(xiàn)頻率規模內差模電抗將會(huì )變得很小;當負載電流流過(guò)共模扼流圈時(shí)，串聯(lián)在相線(xiàn)上的線(xiàn)圈所發(fā)生的磁力線(xiàn)和串聯(lián)在中線(xiàn)上線(xiàn)圈所發(fā)生的磁力線(xiàn)方向相反，它們在磁芯中彼此抵消。 因而即便在大負載電流的情況下，磁芯也不會(huì )飽滿(mǎn)。而對于共模攪擾電流，兩個(gè)線(xiàn)圈發(fā)生的磁場(chǎng)是同方向的，會(huì )出現較大電感，然后起到衰減共模攪擾信號的效果。 這兒共模扼流圈要選用導磁率高、頻率特性較佳的鐵氧體磁性材料。
使用吸收回路改進(jìn)開(kāi)關(guān)波形
開(kāi)關(guān)管或 二極管在注冊和關(guān)斷進(jìn)程中，因為存在變壓器漏感和線(xiàn)路電感，二極管存儲電容和散布電容，簡(jiǎn)單在開(kāi)關(guān)管集電極、發(fā)射極兩頭和二極管上發(fā)生尖峰電壓。通常情況下選用RC/RCD吸收回路，RCD浪涌電壓吸收回路
當吸收回路上的電壓超越必定起伏時(shí)，各器材迅速導通，然后將浪涌能量泄放掉，一起將浪涌電壓約束在必定的起伏。在開(kāi)關(guān)管集電極和輸出二極管的正極引線(xiàn)上串接 可飽滿(mǎn)磁芯線(xiàn)圈或微晶磁珠，原料通常為鈷（Co），當經(jīng)過(guò)正常電流時(shí)磁芯飽滿(mǎn)，電感量很小。一旦電流要反向流過(guò)期，它將發(fā)生很大的反電勢，這么就能有效地 按捺二極管VD的反向浪涌電流。
使用開(kāi)關(guān)頻率調制技能
頻率操控技能是依據開(kāi)關(guān)攪擾的能量首要會(huì )集在特定的頻率上，并具有較大的頻譜峰值。假如能將這些能量渙散在較寬的頻帶上，則能夠達到下降于擾頻譜峰值的意圖。通常有兩種處理辦法：隨機頻率法和調制頻率法。
隨機頻率法是在電路開(kāi)關(guān)距離中加人一個(gè)隨機擾動(dòng)重量，使開(kāi)關(guān)攪擾能量渙散在必定規模的頻帶中。研究標明，開(kāi)關(guān)攪擾頻譜由原來(lái)離散的尖峰脈沖攪擾變成接連散布攪擾，其峰值大大下降。
調制頻率法是在鋸齒波中加人調制波（白噪聲），在發(fā)生攪擾的離散頻段周?chē)鷺嫵蛇咁l帶，將攪擾的離散頻帶調制展開(kāi)成一個(gè)散布頻帶。這么，攪擾能量就渙散到這些散布頻段上。在不影響變換器作業(yè)特性的情況下，這種操控辦法能夠極好地按捺注冊、關(guān)斷時(shí)的攪擾。
選用軟開(kāi)關(guān)技能開(kāi)關(guān)電源的攪擾之一是來(lái)自功率開(kāi)關(guān)管通/斷時(shí)的du/dt，因而，減小功率開(kāi)關(guān)管通/斷的du/dt是按捺開(kāi)關(guān)電源攪擾的一項重要辦法。而軟開(kāi)關(guān)技能能夠減小開(kāi)關(guān)管通/斷的du/dt。
假如在開(kāi)關(guān)電路的基礎上增加一個(gè)很小的電感、電容等諧振元件就構成輔佐網(wǎng)絡(luò )。在開(kāi)關(guān)進(jìn)程前后引人諧振進(jìn)程，使開(kāi)關(guān)注冊前電壓先降為零，這么就能夠消除開(kāi)經(jīng)進(jìn)程中電壓、電流堆疊的現象，下降、甚至消除開(kāi)關(guān)損耗和攪擾，這種電路稱(chēng)為軟開(kāi)關(guān)電路。
依據上述原理能夠選用兩種辦法，即在開(kāi)關(guān)關(guān)斷前使其電流為零，則開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)就不會(huì )發(fā)生損耗和攪擾，這種關(guān)斷辦法稱(chēng)為零電流關(guān)斷;或在開(kāi)關(guān)注冊前使其電壓為 零，則開(kāi)關(guān)注冊時(shí)也不會(huì )發(fā)生損耗和攪擾，這種注冊辦法稱(chēng)為零電壓注冊。在許多情況下，不再指出注冊或關(guān)斷，僅稱(chēng)零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)，根本電路如圖3和圖4所示。
通常選用軟開(kāi)關(guān)電路操控技能，聯(lián)系合理的元器材布局及印制電路板布線(xiàn)、接地技能，對開(kāi)關(guān)電源的EMI攪擾具有必定的改進(jìn)效果。選用電磁屏蔽辦法通常選用電磁屏蔽辦法都能有效地按捺開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射攪擾。開(kāi)關(guān)電源的屏蔽辦法首要是對于開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器而言。開(kāi)關(guān)管作業(yè)時(shí)發(fā)生很多的熱量，需求給 它裝散熱片，然后使開(kāi)關(guān)管的集電極與散熱片間發(fā)生較大的散布電容。因而，在開(kāi)關(guān)管的集電極與散熱片間放置絕緣屏蔽金屬層，而且散熱片接機殼地，金屬層接到 熱端零電位，減小集電極與散熱片間藕合電容，然后減小散熱片發(fā)生的輻射攪擾。
對于高頻變壓器，首要應依據導磁體屏蔽性質(zhì)來(lái)挑選導磁體構造，如用罐型鐵芯和 El型鐵芯，則導磁體的屏蔽效果極好。變壓器外加屏蔽時(shí)，屏蔽盒不該緊貼在變壓器外面，應留有必定的氣隙。如選用有氣隙的多層屏蔽物時(shí)，所得的屏蔽效果會(huì ) 非常好。別的，在高頻變壓器中，常常需求消除初、次級線(xiàn)圈間的散布電容，可沿著(zhù)線(xiàn)圈的全長(cháng)，在線(xiàn)圈間墊上銅箔制成的開(kāi)路帶環(huán)，以減小它們之間的禍合，這個(gè)開(kāi) 路帶環(huán)既與變壓器的鐵芯銜接，又與電源的地銜接，起到靜電屏蔽效果。假如條件答應，對全部開(kāi)關(guān)電源加裝屏蔽罩，那樣就會(huì )非常好地按捺輻射攪擾。
結束語(yǔ)
跟著(zhù)開(kāi)關(guān)電源的體積越來(lái)越小、功率密度越來(lái)越大，EMI操控問(wèn)題成為開(kāi)關(guān)電源穩定性的一個(gè)關(guān)鍵因素。由上述剖析可知，選用EMI濾波技能、屏蔽技能、密封 技能及接地技能等，能夠有效地按捺、消除攪擾源及受擾設備之間的禍合和輻射，堵截電磁攪擾的傳達路徑，然后進(jìn)步開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性。
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