开关电源传导干扰分析与整改
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抑制开关电源电磁干扰的措施开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。
根据上篇分析的电磁干扰源,结合它们的耦合途径,可以从EMI 滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰,把电磁干扰衰减到允许限度之内。
1.交流输入EMI 滤波器滤波是一种抑制传导干扰的方法,在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害,也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。
电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元,在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。
电源进线端通常采用如图1 所示的EMI 滤波器电路。
该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。
在电路中,跨接在电源两端的差模电容Cx1、Cx2 (亦称X 电容)用于滤除差模干扰信号,一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器,电容值通常取0.1~ 0. 47F。
而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2 (亦称Y 电容)则用来短路共模噪声电流,取值范围通常为C1=C2 # 2200 pF。
抑制电感L1、L2 通常取100~ 130H,共模扼流圈L 是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成,通常要求其电感量L#15~ 25 mH。
当负载电流渡过共模扼流圈时,串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反,它们在磁芯中相互抵消。
因此,即使在大负载电流的情况下,磁芯也不会饱和。
而对于共模干扰电流,两个线圈产生的磁场是同方向的,会呈现较大电感,从而起到衰减共模干扰信号的作用。
2.利用吸收电路开关电源产生EMI 的主要原因是电压和电流的急剧变化,因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率( du/ dt 和di/ dt )。
采取吸收电路能够抑制EMI,其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路,吸收积蓄在寄生分布参数中的能量,从而抑制干扰的发生。
可以在开关管两端并联如图2( a)所示的RC 吸收电路,开关管或二极管在开通和关断过程中,管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压,可以通过缓冲的方法予以克服。
开关电源噪声的产生与抑制措施(5篇模版)第一篇:开关电源噪声的产生与抑制措施噪声的种类开关电源无论在体积、重量和效率方面都有显著的优点,已得到广泛的应用。
但开关电源最大缺点是容易产生噪声。
噪声的产生一般可分为两大类:一是开关电源内部元件形成的干扰;二是由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰,这涉及到人为因素和自然界的因素。
1.1 输出脉动噪声主要是在输出端出现的脉冲干扰,产生的原因有:由AC输入频率引起的低频脉动电压;开关电源频率引起的高次谐波脉动电压;开关接通、断开时的尖峰噪声;对上述噪声的振幅最大值可用同轴电缆接到示波器上来观察测定。
1.2 辐射电场强度开关电源产生的噪声会辐射到空间。
辐射噪声的测定方法是:接好天线,开启仪器(场强仪等),用天线接收直射波与反射波。
被测电源放在非金属的实验台上以360°来回转动,天线以上下1~4m距离移动以检测最大值。
测试以垂直与水平两个方向来测定。
1.3 外来突变电压外来突变电压干扰可用噪声模拟器检测。
在输入交流线上同时注入同相杂音(注入电压据开关电源种类而定)。
两者相位以90°、270°为最合适。
确认在这外来突变电压的作用下,输出直流电压有无变动,并观察保护装置等是否产生误动作。
1.4 雷电冲击耐压实验使用雷电冲击发生器,以保险丝以外的元件不损坏为原则,看一看输出电压的变动是否超过附加电压的规定。
噪声产生源 2.1 开关管开关功率管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容。
当开关管流过大的脉冲电流时,大体上形成了矩形波,该波形含有许多高频成份。
由于开关电源使用的元件参数如开关功率管的存储时间,输出级的大电流,开关整流二极管的反向恢复时间,会造成回路瞬间短路,产生很大短路电流。
凡有短路电流的导线及这种脉冲电流流经的变压器和电感产生的电磁场形成噪声源。
2.2 二极管的恢复特性PN型硅二极管用作高频整流时,正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除(因载流子的存在,还有电流流过)。
开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法(最终版)第一篇:开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法(最终版)开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法开关电源EMI整改中,关于不同频段干扰原因及抑制办法:1MHZ以内以差模干扰为主1.增大X电容量;2.添加差模电感;3.小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。
1MHZ-5MHZ差模共模混合采用输入端并联一系列X电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决,1.对于差模干扰超标可调整X电容量,添加差模电感器,调差模电感量;2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制;3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107一对普通整流二极管1N4007。
5M以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法。
对于外壳接地的,在地线上用一个磁环串绕2-3圈会对10MHZ以上干扰有较大的衰减作用;可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔,铜箔闭环.处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。
20-30MHZ1.对于一类产品可以采用调整对地Y2电容量或改变Y2电容位置;2.调整一二次侧间的Y1电容位置及参数值;3.在变压器外面包铜箔;变压器最里层加屏蔽层;调整变压器的各绕组的排布。
4.改变PCBLAYOUT;5.输出线前面接一个双线并绕的小共模电感;6.在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数;7.在变压器与MOSFET之间加BEADCORE;8.在变压器的输入电压脚加一个小电容。
9.可以用增大MOS驱动电阻.30-50MHZ 普遍是MOS管高速开通关断引起1.可以用增大MOS驱动电阻;2.RCD缓冲电路采用1N4007慢管;3.VCC供电电压用1N4007慢管来解决;4.或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感;5.在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路;6.在变压器与MOSFET之间加BEADCORE;7.在变压器的输入电压脚加一个小电容;8.PCB心LAYOUT时大电解电容,变压器,MOS构成的电路环尽可能的小;9.变压器,输出二极管,输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。
开关电源由于本身工作特性使得电磁干扰问题相当突出。
从开关电源电磁干扰的模型入手论述了开关电源电磁兼容问题产生的原因及种类,并给出了常用的抑制开关电源电磁干扰的措施、滤波器设计及参数选择。
关键词:开关电源;电磁干扰;分析与抑制0 引言近年来,开关电源以其效率高、体积小、输出稳定性好的优点而迅速发展起来。
但是,由于开关电源工作过程中的高频率、高di/dt和高dv/dt使得电磁干扰问题非常突出。
国内已经以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证,使得对开关电源在电磁兼容方面的要求更加详细和严格。
如今,如何降低甚至消除开关电源的EMI问题已经成为全球开关电源设计师以及电磁兼容(EMC)设计师非常关注的问题。
本文讨论了开关电源电磁干扰形成的原因以及常用的EMI抑制方法。
1 开关电源的干扰源分析开关电源产生电磁干扰最根本的原因,就是其在工作过程中产生的高di/dt和高dv/dt,它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。
工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。
开关电源中的电压电流波形大多为接近矩形的周期波,比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。
对于矩形波,周期的倒数决定了波形的基波频率;两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数决定了这些边缘引起的频率分量的频率值,典型的值在MHz范围,而它的谐波频率就更高了。
这些高频信号都对开关电源基本信号,尤其是控制电路的信号造成干扰。
开关电源的电磁噪声从噪声源来说可以分为两大类。
一类是外部噪声,例如,通过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射对开关电源控制电路的干扰等。
另一类是开关电源自身产生的电磁噪声,如开关管和整流管的电流尖峰产生的谐波及电磁辐射干扰。
如图1所示,电网中含有的共模和差模噪声对开关电源产生干扰,开关电源在受到电磁干扰的同时也对电网其他设备以及负载产生电磁干扰(如图中的返回噪声、输出噪声和辐射干扰)。
开关电源的电磁干扰分析及有效的抑制措施一、开关电源的概念开关电源就是通过对功率晶体管的导通和关断控制,截取幅值与直流输入相等的矩形脉冲,再通过整流和滤波装置输出稳定的直流电压值。
二、开关电源电磁干扰的产生机理开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;按耦合通道来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。
1、功率开关管开关工作产生的干扰。
开关电源中的功率开关管工作在开关状态,工作时会产生较大的脉冲电压和脉冲电流。
由于在脉冲电流和脉冲电压中含有丰富的高次谐波成分,同时又由于功率开关管导通时整流二极管的恢复特性会形成电流振荡,而在整流二极管上产生的浪涌电压。
2、由于二极管的恢复特性产生的干扰。
当二极管进行高频整流时,由于二极管的PN结,正向电流所储存的电荷在加反向电压时不能马上消失,会形成二极管的反向电流。
这段时间称为反向恢复时间,这时由于加到二极管的反向电压较大,会产生较大损耗和形成较大的干扰来源。
如果二极管在反向电流恢复时的电流变化率di/dt较大,由于电感作用会产生较大的尖峰电压,这就是二极管的恢复噪声。
Di/dt较大时称为硬恢复,Di/dt较小时称为软恢复。
软恢复既可通过吸收回路实现,也可通过谐振开关技术实现。
软恢复对提高开关电源的工作可靠性,减小干扰有很大的好处。
由于肖特基二极管没有载流子蓄积效应,所以恢复噪音很小。
3、由整流滤波电路产生的干扰。
由于交流市电输入的开关电源在输入端接有整流滤波电路,整流二极管的导通角很小,使整流电流的峰值很大,这种脉冲状的二极管整流电流也会产生干扰。
三、抑制开关管电源电磁干扰的措施主要有四种方法,即吸收法、屏蔽技术、滤波技术、接地技术。
1、吸收法,即是在开关管的两端并联RC电路,电容的作用就是把电流中的交流成分吸收掉,但是这时的电感和电容相连就会形成LC振荡回路,所以在其中加上一个电阻,主要的作用就是阻尼作用,把LC振荡回路中产生的能量消耗掉。
开关电源传导骚扰和辐射骚扰解决方法开关电源是一种常见的电源供应器,在电子设备中广泛应用。
但是,开关电源工作时会产生电磁辐射和传导骚扰问题。
为了解决这些问题,可以采取以下方法:1.电磁屏蔽材料的使用:使用电磁屏蔽材料将开关电源封装起来,阻挡电磁辐射的传播,减少对周围设备和人员的骚扰。
这种材料通常是在电源外部或内部的铁壳上加上一层导电材料,如铜箔。
通过将电磁波引导到导体上,使其在外部不能通过,并通过接地,排除电磁波。
2.优化电源布线:合理优化电源布线,减少线路长度和交叉区域,减少电磁辐射。
如果电源线和信号线发生交叉,可以采取绕线或分离线路的方式,避免相互干扰,减少传导骚扰。
3.使用滤波器:在开关电源输入和输出端之间安装滤波器,可以抑制输入和输出信号的噪声,减少骚扰。
输入滤波器通常是由电容器和电感器组成,用于消除输入端的高频噪声。
输出滤波器通常是由电容器和电感器组成,用于消除输出端的高频噪声。
4.电源线的屏蔽:使用屏蔽电源线可以减少电磁辐射和传导骚扰。
屏蔽电源线通过在电源线外部包裹一层金属网或箔片,将电磁辐射和传导骚扰限制在金属屏蔽层内部。
5.合理设计散热系统:开关电源工作时会产生较大的热量,如果不能有效散热,会影响电源的工作效率,并可能导致电磁辐射和传导骚扰。
因此,电源的散热系统设计应合理,采用优质散热材料和风扇等散热设备,确保电源的正常工作和延长寿命。
6.选择高质量的开关电源产品:选择经过认证的高质量开关电源产品,这些产品通常具有较低的辐射和骚扰,较好的EMC性能。
这些产品经过专业的测试和验证,能够有效减少对其他设备的影响。
7.定期维护和检修:开关电源在长时间使用后,可能出现故障或老化现象,会导致电磁辐射和传导骚扰的增加。
因此,定期进行维护和检修工作,及时发现和解决问题,可以减少对设备和人员的骚扰。
总之,开关电源的电磁辐射和传导骚扰是一个需要重视的问题,可以通过采取合适的措施来解决。
这些方法包括使用电磁屏蔽材料、优化电源布线、使用滤波器、使用屏蔽电源线、合理设计散热系统、选择高质量产品以及定期维护和检修等。
史上最全开关电源传导与辐射超标整改方案
开关电源是一种常见的电源供应装置,但其工作原理会导致传导和辐射的问题。
如果开关电源传导和辐射超过国家标准,需要采取整改措施以确保安全。
下面是一个史上最全的开关电源传导与辐射超标整改方案:
1. 传导超标整改方案:
a. 更换低传导材料:使用低传导材料来替换开关电源内部的传导元件,如PCB板和连接线。
这些材料应具有较低的传导性能,能有效减小传导的电磁辐射。
b. 优化电路设计:重新设计开关电源的电路,在电路的布局和连接上做出相应的调整,以减小电磁辐射的传导。
c. 添加屏蔽措施:在开关电源和周围环境之间添加屏蔽层,如金属层或导电涂层。
这些屏蔽层能够有效地阻挡电磁辐射的传导。
d. 加强地线连接:确保开关电源的地线连接良好,并采取适当的接地措施,以减小传导超标的风险。
2. 辐射超标整改方案:
a. 提高开关电源的抗干扰能力:采取抗干扰措施来提高开关电源本身的抗干扰能力,如增加滤波电路或添加可变电容器。
b. 优化散热设计:重新设计开关电源的散热系统,确保其能够有效降低温度,减少辐射超标的风险。
c. 添加屏蔽措施:在开关电源周围添加屏蔽层,以阻挡电磁辐射的传播。
d. 选择低辐射材料:使用低辐射材料来替换开关电源内部的元件,如选择低辐射的电解电容器和电感器。
以上整改方案旨在减小开关电源传导和辐射超标的风险,并确保其符合国家标准。
实施整改方案前,建议进行必要的测试和评估,以确定超标的具体情况,并与相关专业人士进行咨询和指导。
开关电源EMC传导整改总结第一篇:开关电源EMC 传导整改总结三合一主板的传导整改记录要理解传导干扰测试,首先要清楚一个概念:差模干扰与共模干扰差模干扰:存在于L-N线之间,电流从L进入,流过整流二极管正极,再流经负载,通过热地,到整流二极管,再回到N,在这条通路上,有高速开关的大功率器件,有反向恢复时间极短的二极管,这些器件产生的高频干扰,都会从整条回路流过,从而被接收机检测到,导致传导超标。
共模干扰:共模干扰是因为大地与设备电缆之间存在寄生电容,高频干扰噪声会通过该寄生电容,在大地与电缆之间产生共模电流,从而导致共模干扰。
下图为差模干扰引起的传导FALL数据,该测试数据前端超标,为差模干扰引起:下图为开关电源EMI原理部分:图中CX2001为安规薄膜电容(当电容被击穿或损坏时,表现为开路)其跨在L线与N线之间,当L-N之间的电流,流经负载时,会将高频杂波带到回路当中。
此时X电容的作用就是在负载与X电容之间形成一条回路,使的高频分流,在该回路中消耗掉,而不会进入市电,即通过电容的短路交流电让干扰有回路不串到外部。
对差模干扰的整改对策: 1.增大X电容容值2.增大共模电感感量,利用其漏感,抑制差模噪声(因为共模电感几种绕线方式,双线并绕或双线分开绕制,不管哪种绕法,由于绕制不紧密,线长等的差异,肯定会出现漏磁现象,即一边线圈产生的磁力线不能完全通过另一线圈,这使得L-N线之间有感应电动势,相当于在L-N之间串联了一个电感)下图为共模干扰测试FALL数据:电源线缆与大地之间的寄生电容,使得共模干扰有了回路,干扰噪声通过该电容,流向大地,在LISN-线缆-寄生电容-地之间形成共模干扰电流,从而被接收机检测到,导致传导超标(这也可以解释为什么有的主板传导测试时,不接地通过,一夹地线就超标。
USB模式下不接地时,电流回路只能通过L-二极管-负载-热地-二极管-N,共模电流不能回到LISN,LISN检测到的噪声较小,而当主板的冷地与大地直接相连时,线缆与大地之间有了回路,此时若共模噪声未被前端LC滤波电路吸收的话,就会导致传导超标)对共模干扰的整改对策: 1.加大共模电感感量2.调整L-GND,N-GND上的LC滤波器,滤掉共模噪声3.主板尽可能接地,减小对地阻抗,从而减小线缆与大地的寄生电容。
开关电源的电磁干扰及噪声抑制方法开关电源是现代电子应用中常见的一种电源形式,其工作原理是通过开关管开关控制输入电压的大小和频率以实现电压转换。
但是,开关电源在工作过程中会产生电磁干扰和噪声,对其他电子设备的正常工作产生影响。
因此,为了抑制开关电源的电磁干扰和噪声,在设计和使用开关电源时需要采取一些措施。
首先,开关电源产生的电磁干扰主要包括导向式干扰和辐射式干扰。
导向式干扰是指开关电源通过引线或线路对周围设备产生的电磁干扰,辐射式干扰是指开关电源通过电磁波辐射对周围设备产生的干扰。
对于导向式干扰,可以采取以下措施进行抑制:1.滤波器:在开关电源的输入和输出端加装滤波器,用于滤除高频噪声和电磁干扰。
常用的滤波器有LC滤波器、RC滤波器和Pi型滤波器等。
2.输入电源线路的处理:尽量缩短输入电源线路的长度,采用屏蔽线材,减小电磁干扰的传播路径。
同时,在输入电源线上添加额外的滤波电容和电感,抑制高频噪声。
3.地线处理:通过合理布置地线,减小接地电阻,提高地线的抗干扰能力。
将开关电源的地线与其他设备的接地点连接,共用同一个地线。
对于辐射式干扰,可以采取以下措施进行抑制:1.屏蔽:在开关电源的外壳上添加金属屏蔽罩,减少电磁辐射。
金属屏蔽罩应与开关电源的地线连接,以形成完整的屏蔽。
2.PCB设计:在开关电源的PCB板设计中,合理布局信号和电源线路,减小线路的长度。
同时,采用地平面和电源平面屏蔽,减少信号线和电源线的交叉和干扰。
3.使用低频率开关管:低频率工作的开关管辐射干扰较小,可以有效降低开关电源的电磁辐射干扰。
此外1.选择合适的元器件:选用带有防干扰措施的元器件,如具有抗干扰特性的电解电容和电感器件,减小干扰的产生和传播。
2.电源输出滤波:在开关电源的输出端添加滤波电容和电感,减小输出电压的纹波和噪声。
3.接地处理:通过合理的接地设计和连接方式,减小接地电阻,提高接地抗干扰能力。
4.EMI滤波器:在开关电源的输入端和输出端加装EMI滤波器,进一步滤除高频噪声和电磁干扰。
传导干扰解决方案引言传导干扰(Conducted Interference)是指在电子设备中,通过导线传输时产生的电磁干扰。
传导干扰对设备的正常工作及性能造成了严重的影响。
本文将介绍传导干扰的原因分析,并提供一些解决方案,以帮助减少或消除传导干扰。
传导干扰的原因分析传导干扰产生的原因可以归结为以下几点:1.电源质量不稳定:电源的不稳定性会导致电流和电压的突变,从而产生传导干扰。
2.外部电磁场干扰:设备周围存在的其他电子设备、高频电磁场辐射等均可能引起传导干扰。
3.设备内部布线不合理:设备内部布线的不合理会导致信号在传输过程中产生干扰。
4.地线干扰:地线的质量差、接触不良等问题都可能导致传导干扰。
传导干扰解决方案为了解决传导干扰,我们可以采取以下一些解决方案:1. 电源稳定性改善确保设备的电源质量稳定是减少传导干扰的一项关键措施。
可以通过以下方式来改善电源稳定性:•使用稳定的电源:选择合适的电源设备,确保电源的输出电流和电压稳定。
•添加滤波器:在电源线路中添加滤波器,可以有效消除电源中的高频干扰。
•地线连接:地线应正确连接并保持良好的接触,以确保电源的地线质量。
2. 屏蔽和隔离屏蔽和隔离是减少外部电磁场干扰对设备的传导干扰的重要方法。
以下是一些常用的屏蔽和隔离措施:•屏蔽材料:使用屏蔽材料包裹设备和导线,可以有效地阻隔外部的电磁场干扰。
•屏蔽罩设计:在设备中添加屏蔽罩,可以提高设备的抗干扰能力。
•路由布线:合理布置设备内部的信号线路,避免信号线路之间的干扰。
3. 设备内部布线优化设备内部布线的合理优化可以有效降低传导干扰。
以下是一些建议:•分离高频和低频信号线:将高频信号与低频信号线路分离,减少干扰。
•使用屏蔽线:使用屏蔽线可以减少信号线之间的干扰。
•增加距离:不同信号线路之间增加适当距离,减少相互干扰。
4. 地线优化地线是传导干扰的重要因素之一,优化地线可以帮助减少传导干扰。
以下是一些建议:•地线连接质量:地线的连接应稳定可靠,避免接触不良导致干扰。
开关电源的干扰及抑制第一篇:开关电源的干扰及抑制1.电磁干扰的产生与传输电磁干扰传输有两种方式:一种是传导传输方式,另一种则是辐射传输方式。
传导传输是在干扰源和敏感设备之间有完整的电路连接,干扰信号沿着连接电路传递到接收器而发生电磁干扰现象。
辐射传输是干扰信号通过介质以电磁波的形式向外传播的干扰形式。
常见的辐射耦合有三种:1)一个天线发射的电磁波被另一个天线意外地接收,称为天线对天线的耦合;2)空间电磁场经导线感应而耦合,称为场对线的耦合。
3)两根平等导线之间的高频信号相互感应而形成的耦合,称为线对线的感应耦合。
2.电磁干扰的产生机理从被干扰的敏感设备角度来说,干扰耦合又可分为传导耦合和辐射耦合两类。
传导耦合模型传导耦合按其原理可分为电阻性耦合、电容性耦合和电感性耦合三种基本耦合方式。
辐射耦合模型辐射耦合是干扰耦合的另一种方式,除了从干扰源发出的有意辐射外,还有大量的无意辐射。
同时,PCB板上的走线无论是电源线、信号线、时钟线、数据线或者控制线等,都能起到天线的效果,即可辐射出干扰波,又可起到接收作用。
3.电磁干扰控制技术①传输通道抑制滤波:在设计和选用滤波器时应注意频率特性、耐压性能、额定电流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。
滤波器的安装正确与否对其插入损耗特性影响很大,只有安装位置恰当,安装方法正确,才能对干扰起到预期的滤波作用。
在安装滤波器时应考虑安装位置,输入输出侧的配线必须屏蔽隔离,以及高频接地和搭接方法。
屏蔽:电磁屏蔽按原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。
电场屏蔽包含静电屏蔽和交变电场屏蔽;磁场屏蔽包含低频磁场屏蔽和高频磁场屏蔽。
不同类型的电磁屏蔽对屏蔽体的要求不同。
在实际的屏蔽中,电磁屏蔽效能更大程度上依赖于屏蔽体的结构,即导电的连续性。
实际的屏蔽体由于制造、装配、维修、散热、观察及接口连接要求,其上面一般都开有形状各异、尺寸不同的孔缝,这些孔缝对于屏蔽体的屏蔽效能起着重要的影响作用,因此必须采取措施来抑制孔缝的电磁泄漏。
在开关电源中的电子干扰分析及其解决办法
开关电源因体积小、功率因数较大等优点,在通信、控制、计算机等领域应用广泛。
但由于会产生电磁干扰,其进一步的应用受到一定程度上的限制。
本文将分析开关电源电磁干扰的各种产生机理,并在其基础之上,提出开关电源的电磁兼容设计方法。
开关电源的电磁干扰分析
开关电源的结构如图1所示。
首先将工频交流整流为直流,再逆变为高频,最后再经整流滤波电路输出,得到稳定的直流电压。
电路设计及布局不合理、机械振动、接地不良等都会形成内部电磁干扰。
同时,变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰,也是潜在的强干扰源。
图1 AC/DC开关电源基本框图
1 内部干扰源
●开关电路
开关电路主要由开关管和高频变压器组成。
开关管及其散热片与外壳和电源内部的引线间存在分布电容,它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲,频带较宽且谐波丰富。
开关管负载为高频变压器初级线圈,是感性负载。
当原来导通的开关管关断时,高频变压器的漏感产生了反电势E=-Ldi/dt,其值与集电极的电流变化率成正比,与漏感成正比,迭加在关断电压上,形成关断电压尖峰,从而形成传导干扰。
●整流电路的整流二极管
输出整流二极管截止时有一个反向电流,其恢复到零点的时间与结电容等因素有关。
它会在变压器漏感和其他分布参数的影响下产生很大的电流变化。
电源线的干扰问题与解决方法电源线上的干扰问题包括两个方面,一个是电网上的干扰通过电源线传入设备,另一个是设备内的干扰通过电源线传导进电网。
前者是传导抗扰度的问题,后者是传导干扰发射的问题。
在设计中,对这两个方面的问题都要采取措施予以解决。
1 传导抗扰度电网上的干扰可以分为连续的干扰和瞬态的干扰。
这些干扰既可以来自共用电网的其他设备产生的传导性干扰,也可以由空间的电磁波在电力线上感应产生共模干扰。
对于设备威胁最大的干扰是幅度很大的瞬态干扰.这种瞬态干扰主要有两个来源,一个是电网上的感性负载断开时产生的脉冲电压,另一个是附近发生雷电时在电力线上感应的脉冲电压。
感性负载断开时瞬态干扰产生的机理如图1所示。
在电感负载的电路中,当开关断开时,根据电感的特性,电感上的电流不能突然消失,为了维持这个电流,电感上会产生一个很高的反电动势E,根据楞次定律,这个电压为:E = dj / dt = —L ( di / dt )j = 电感中的磁通(T×m2)L = 电感(H)i = 电感中的电流(A)这个反电动势向电感的寄生电容C反向充电。
随着充电电压的升高,触点上的电压也升高,当达到一定程度时,将触点击穿,形成导电通路,电容C开始放电,电压开始下降,当电压降到维持触点空气导通的电压以下时,通路断开,又重复上面的过程。
这种过程一直重复到由于触点之间的距离增加,电容上的电压不能击穿触点为止。
当电容上的电压不能通过击穿触点放电时,就通过电感回路放电,直到电感中的能量耗尽为止.关于这种干扰的说明如下:(1)随着触点的距离越来越远,击穿触点需要的电压越来越高,因此电容上的电压越来越高.(2)随着击穿触点需要的电压越来越高,电容充电的时间越来越长,因此震荡波形的频率越来越低。
(3) 电容C每次击穿触点向电源回路反向放电时,会在电源回路上形成很大的脉冲电流,由于电源阻抗的存在,这些脉冲电流在电源两端形成了脉冲电压,从而对共用这个电源的其他电路造成影响.(4) 从理论上讲,这种干扰仅发生在控制感性负载的机械触点断开的瞬间,但是,实际当触点闭合时,也会发生干扰,这种干扰是由于机械触点跳跃产生的。
开关电源传导干扰分析与整改
开关电源是现代电子设备中广泛应用的一种电源类型。
开关电源具有效率高、体积小、重量轻等优点,已经成为现代电子设备的首选电源类型。
然而,开关电源也存在一定的问题,其中传导干扰问题是一个需要重视的问题,下面我们来谈谈开关电源传导干扰分析与整改的问题。
1、开关电源的传导干扰问题
开关电源通过高频开关管使AC电源变成高频交流电源,
再通过整流、滤波、稳压等电路将高频交流电源变成DC电源,这个过程中,电路中的开关管、滤波电容、稳压电路等部件会产生电磁干扰,干扰的频率范围大致在几十kHz到几百MHz
之间,这些干扰信号会以电磁波的形式传播到其他电路中,从而影响电路的正常工作。
传导干扰主要是通过电源线、信号线等物理连接传播的,对同一信号线上的电路产生干扰,影响信号的传输质量,甚至影响电路的工作稳定性。
同时,也会通过制成工艺、线路布局等方式产生辐射干扰,对周围的其他电路产生干扰。
2、开关电源传导干扰的来源
(1)开关管
开关电源中的开关管是主要产生传导干扰的元件之一,开关管在工作时会产生大量的高频脉冲信号,这些脉冲信号会通
过电源线、信号线等物理连接透传到其他电路中,引起电路的干扰。
(2)电容
开关电源中的滤波电容和稳压电容也会产生较强的传导干扰信号,电容充放电时会产生电流脉冲,这些脉冲又会产生磁场和电场,从而影响周围电路的稳定性。
(3)线路布局
线路布局的不合理也是开关电源产生传导干扰的原因之一,线路长度过长,线路走向交错等都会导致干扰的产生和传输。
3、开关电源传导干扰的整改措施
(1)优化开关管的选择
开关电源的开关管是干扰主要源之一,优化选择开关管可以减少干扰的产生。
例如采用低压降MOSFET、反平行二极管、优化的开关频率等方式可以有效减少开关管产生的干扰。
(2)采用滤波器和稳压器
开关电源中采用滤波器和稳压器,可以有效地减少电容充放电产生的干扰信号。
滤波器和稳压器可以将高频脉冲信号转换为连续的直流电源,在一定程度上减小了干扰的传输。
(3)改善线路布局
在开关电源的设计和制造过程中,合理的线路布局对于减小干扰的产生和传播也非常重要。
电源线、信号线的走向、长
度的控制,器件的布局以及接地策略等都会影响到整个电路的干扰水平,因此需要精心布局。
(4)选用合适的屏蔽材料
在开关电源的设计中,选用合适的屏蔽材料可以很好地防止干扰信号的传播。
常见的屏蔽材料有金属屏蔽箱、电磁波吸收材料等。
总结
开关电源是目前广泛应用的电源类型,但是也存在传导干扰的问题。
电路中的开关管、滤波电容、稳压电路等部件会产生电磁干扰,影响电路的正常工作。
针对开关电源干扰问题,可以通过优化开关管的选择、采用滤波器和稳压器、改善线路布局以及选用合适的屏蔽材料等措施进行整改。
开关电源的整改不仅可以减少传导干扰的产生,还可以提高开关电源的电路稳定性和工作效率。