电源的EMC及安规设计
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ECM:Electro Magnetic Compatibility的缩写,及电磁兼容。
是指电子、点七色备或系统在预期的电磁环境中,按设计要求正常工作的能力。
它是电子、电器设备或系统的一种重要的技术性能,主要包括EMI和EMS两个方面。
EMI(Electro Magnetic Interference,电磁干扰),即处在一定环境中的设备或系统,在正常运行时,不应产生超出相应标准所要求的电磁能量,想对应的测试项目有:1、CE,传导骚扰;测量设备从电源口、信号端口向电网或信号网络传输的骚扰。
2、RE,辐射骚扰;测试电子、电气和机电设备及其部件的辐射发射,包括来所有组建、电缆及其连接线上的辐射发射,用于鉴定其辐射是否符合标准的要求,以致在正常使用过程中影响同一环境中的其他设备。
3、Harmonic,谐波电流测量。
4、Fluctuation and Flicker,电压波动和闪烁测量。
EMS(Electro Magnetic Susceptibility,电磁抗扰度),处在一定的环境中的设备或系统,在正常工作时,设备或系统能承受相应标准规定范围内的电磁能量干扰,相对应的测试项目有:1、ESD,静电饭店抗扰度;测试单个设备或系统的抗静电放电干扰的能力。
他模拟操作人员或物体在接触设备时的放电,人或物体对临近物体的放电。
2、EFT/B,电快速瞬变脉冲群抗扰度;对电气和电子设备建立一个评价抗电快速瞬变脉冲群冲击的共同依据。
测试机理是利用脉冲群产生的共模电流流过线路时,分别对电路分布电容能量的积累效应,当积累到一定程度时就有可能引起线路(乃至设备)工作出错。
3、SURGE,浪涌(也叫雷击);通过模拟测试的方法来建立一个评价电气和电子设备抗浪涌干扰的能力的共同标准。
4、RS,辐射抗扰度;射频辐射电磁场对设备的干扰往往是由设备操作、维修和安全检查人员在使用移动电话是产生的,无线电台、电视发射台、移动无线发射机和各种工业电磁辐射源,以及电焊机、晶闸整流器、荧光等工作室产生的计生辐射也都会产生射频辐射干扰。
PCB设计指南安规布局布线EMC热设计工艺一、安规设计指南1.排放与抗干扰:设计时要遵循电磁兼容性(EMC)要求,减少干扰和辐射。
2.安全性:设计时要防止电气风险,如电流过大、电压过高等。
3.温度:要合理选择电子元器件和散热设计,确保温度在承受范围内。
4.防静电:要考虑静电的影响,采取防静电措施,避免故障发生。
二、布局布线设计指南1.分区和分层:将电路板分为不同的区域,根据功能和信号分类布局。
同时要注意分层,将信号层和电源层分开,以减少相互干扰。
2.信号传输和电源供给路径:要确保信号传输的路径短而直接,减少信号损耗和干扰。
同样地,电源供给路径也要短,减少电源噪声。
3.模拟和数字分离:要将模拟和数字信号分离,以减少相互干扰。
4.敏感元器件的布局:对于敏感元器件,要避免附近有高功率元器件或高频电路,以免干扰。
三、EMC设计指南1.接地和屏蔽:要合理设计接地,保持电路板的屏蔽性能。
2.滤波:在输入输出端口处使用滤波电路,减少干扰信号。
3.压控振荡器(VCXO)和时钟信号:尽量避免共用时钟信号,以减少互相干扰。
4.线长匹配:在布线时,尽量保持信号线的长度一致,减少信号延迟和不对称。
四、热设计指南1.确保散热:根据电子元器件的功耗和环境温度,提供足够的散热方式,如散热片、散热模块等。
2.正确安排元器件:根据功耗和散热要求,合理安排元器件的布局,避免过度堆叠。
3.电源供给:合理设计电源供给路径,降低功耗和损耗。
5.散热风扇:必要时可以添加散热风扇,增加散热效果。
五、工艺设计指南1.线宽和间距:根据设计规格和工艺要求,选择合适的线宽和间距。
2.流程控制点:合理布置工艺控制点,确保生产过程中的质量控制。
3.焊盘设计:合理设计焊盘尺寸和形状,以便于焊接和维修。
4.层间连接:采用适当的层间连接方式,如通孔或盲孔。
PCB设计是一个综合考虑各个方面的过程,上述只是一些主要指南,具体还要根据具体情况进行调整。
合理的PCB设计可以提高产品的性能和可靠性,减少故障出现的可能性,因此在进行PCB设计时要充分考虑这些指南。
EMC设计攻略(1)——电源电路电源电路电源电路设计中,功能性设计主要考虑温升和纹波大小。
温升大小由结构散热和效率决定;输出纹波除了采用输出滤波外,输出滤波电容的选取也很关键:大电容一般采用低ESR电容,小电容采用0.1UF和1000pF共用。
电源电路设计中,电磁兼容设计是关键设计。
主要涉及的电磁兼容设计有:传导发射和浪涌。
传导发射设计一般采用输入滤波器方式。
外部采购的滤波器内部电路一般采用下列电路:Cx1和Cx2为X电容,防止差模干扰。
差模干扰大时,可增加其值进行抑制;Cy1和Cy2为Y电容,防止共模干扰。
共模干扰大时,可增加其值进行抑制。
需要注意的是,如自行设计滤波电路,Y电容不可设计在输入端,也不可双端都加Y电容。
浪涌设计一般采用压敏电阻。
差模可根据电源输入耐压选取;共模需要电源输入耐压和产品耐压测试综合考虑。
当浪涌能量大时,也可考虑压敏电阻(或TVS)与放电管组合设计。
1电源输入部分的EMC设计应遵循①先防护后滤波;②CLASS B规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路,且尽量靠近输入端;③在电源输入端滤波电路前和滤波电路中无采样电路和其它分叉电路;如果一定有采样电路,采样电路应额外增加了足够的滤波电路。
原因说明:①先防护后滤波:第一级防护器件应在滤波器件之前,防止滤波器件在浪涌、防雷测试中损坏,或导致滤波参数偏离,第二级保护器件可以放在滤波器件的后面;选择防护器件时,还应考虑个头不要太大,防止滤波器件在PCB布局时距离接口太远,起不到滤波效果。
②CLASS B规格要求的电源输入端推荐两级滤波电路,且尽量靠近输入端:CLASSB要求比CLASS A要求小10dB,即小3倍,所以应有两级滤波电路;CLASSA规格要求至少一级滤波电路;所谓一级滤波电路指包含一级共模电感的滤波电路。
③在电源输入端滤波电路前和滤波电路中无采样电路和其它分叉电路;如果一定有采样电路,采样电路应额外增加了足够的滤波电路:电源采样电路应从滤波电路后取;如果采用电路精度很高,必须从电源输入口进行采样时,必须增加额外滤波电路。
安规电磁兼容电器类产品安规电磁兼容(EMC)特性分析一.安规要求1,针对安规和电磁兼容(EMC)要求,产品应满足相关标准和规范的要求,如:安全类标准:GB4943.1、GB9254.1·GB17625.1;电磁兼容类标准:GB9254.2.l、GB9254.2·2、GB9254.2·3,以及特殊产品有关的行业标准。
2,安规要求,要求产品在在外界无损坏因素的条件下符合安全要求,除了以上电磁兼容(EMC)标准,在具体的产品测试中,根据产品的用途条件及特性,需要符合GB4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全通用要求》、GB7000.1-2017《家用和类似用途电器的安全第1部分通则》以及其它安全要求的要求,保证产品使用过程中操作安全。
3,其它安全要求,如果产品有特殊用途,还需要满足适用行业联合标准等要求,如服务器及高端工作站等要求满足环境友好性,CISPR-22或IEC60950等要求,IEC60601等要求电器产品的医疗器械安全等;在产品的功能安全控制时,要求符合IEC61508中安全级别要求,确保产品的安全可靠性。
二.电磁兼容(EMC)特性1.电磁兼容(EMC)特性要求,包括电磁抗扰度,电磁干扰发射和电磁兼容设计技术等。
2,电磁抗扰度:测试采用GB9254.2.3-2006《家用和类似用途电器的电磁抗扰度要求和测试方法第3部分:家用和类似用途产品的电磁抗扰度要求和测试方法》及其它可靠测试程序要求,要求符合相关安全类标准的规定要求。
3,电磁干扰发射:测试采用GB9254.2.1-2006《家用和类似用途电器的电磁抗扰度要求和测试方法第1部分:家用和类似用途产品的电磁干扰发射总线要求和测试方法》及其它可靠测试程序要求,要求符合相关电磁兼容(EMC)标准的规定要求。
4,电磁兼容设计技术:在对电器类产品进行设计时,应采用经过充分验证,可以有效保障产品EMC特性的设计技术,如屏蔽结构和过滤技术等,保证产品在使用过程中具有良好的电磁兼容性。
电气设备的EMC设计测试和整改一、EMC设计的重要性二、EMC设计的基本原则1.电路设计方面(1)合理选择元器件和材料,例如使用具有良好抗干扰性能的元器件和材料。
(2)合理布置元器件的位置和线路的走向,避免相互之间的电磁干扰。
(3)合理设计电路的接地,保证接地系统的连续性,同时减小接地回路的干扰。
2.线路布局方面(1)避免平行线路的交叉走向,减小电磁干扰。
(2)避免信号线与电源线同侧布局,以减小互相干扰的可能性。
3.外壳设计方面(1)合理选择外壳的设计材料和结构,提高其电磁屏蔽性能。
(2)合理设计外壳的接地,保证外壳的接地良好,减小外壳对电磁波的反射和散射。
三、EMC测试的目的和方法EMC测试主要是为了验证电气设备的EMC性能是否满足法规和标准的要求,以及检测设备之间是否存在电磁干扰的问题。
主要的测试项目包括:1.电气设备的辐射发射测试:通过测量电气设备在正常工作状态下发送的电磁波,判断其辐射发射是否满足法规和标准的要求。
2.电气设备的敏感度测试:通过模拟实际环境,测试电气设备在电磁干扰环境下的性能,判断其是否能够正常工作。
3.电气设备的抗扰度测试:通过模拟各种干扰源,测试电气设备在不同干扰环境下的性能,判断其是否能够抵御干扰。
EMC测试的方法主要包括:专业EMC测试仪器的使用、电磁暴露实验室的环境搭建、射频测量技术等。
通过测试数据的分析和判断,可以评估电气设备的EMC性能,从而进一步提升设备的抗干扰能力。
四、EMC整改的方法和措施如果在测试中发现电气设备的EMC性能不符合要求,需要进行整改。
EMC整改的方法和措施主要包括:1.重新设计电路:优化电路的布局,选择具有良好抗干扰性能的元器件,改进接地系统等,从根源上减小电磁干扰。
2.优化线路布局:调整线路的走向和布局,避免平行线路的交叉,减小电磁干扰的可能性。
3.增强外壳的屏蔽性能:优化外壳的设计材料和结构,增强外壳的屏蔽性能,减小对外界电磁波的反射和散射。
开关电源的EMC设计开关电源因体积小、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● 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di/dt,产生较强的高频干扰,频率可达几十兆赫兹。
● 杂散参数由于工作在较高频率,开关电源中的低频元器件特性会发生变化,由此产生噪声。
在高频时,杂散参数对耦合通道的特性影响很大,而分布电容成为电磁干扰的通道。
2外部干扰源可以分为电源干扰和雷电干扰,而电源干扰以“共模”和“差模”方式存在。
同时,由于交流电网直接连到整流桥和滤波电路上,在半个周期内,只有输入电压的峰值时间才有输入电流,导致电源的输入功率因数很低(大约为0.6。
而且,该电流含有大量电流谐波分量,会对电网产生谐波“污染”。
EMC产生电磁干扰有3个必要条件:干扰源、传输介质、敏感设备,EMC设计的目的就是破坏这3个条件中的一个。
电源pcb 设计指南包含:PCB 安规、emc 、布局布线、PCB 热设计、PCB 工艺导读1.安规距离要求部分2.抗扰乱、EMC 部分3.整体布局及走线部分4.热设计部分5.工艺处理部分1. 安规距离要求部分安全距离包含电气空隙(空间距离),爬电距离(沿面距离)和绝缘穿透距离。
1、电气空隙:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿空气丈量的最短距离。
2、爬电距离:两相邻导体或一个导体与相邻电机壳表面的沿绝绝缘表面丈量的最短距离。
一、爬电距离和电气空隙距离要求,可参照NE61347-1-2-13/GB19510.14.(1)、爬电距离:输入电压50V-250V 时,保险丝前L—N≥2.5mm ,输入电压250V-500V 时,保险丝前L—N≥5.0mm ;电气空隙:输入电压50V-250V 时,保险丝前L—N≥1.7mm ,输入电压250V-500V 时,保险丝前L—N≥3.0mm ;保险丝以后可不做要求,但尽量保持必定距离以防止短路破坏电源。
(2)、一次侧沟通对直流部分≥(3)、一次侧直流地对地≥4.0mm 如一次侧地对大地(4)、一次侧对二次侧≥,如光耦、Y 电容等元器部件脚间距≤6.4mm 要开槽。
(5)、变压器两级间≥6.4mm 以上,≥8mm增强绝缘。
2. 抗扰乱、EMC部分在图二中,PCB 布局时,驱动电阻R3 应凑近Q1(MOS 管),电流取样电阻R4、C2 应凑近IC1 的第 4 Pin ,如图一所说的R 应尽量凑近运算放大器缩短高阻抗线路。
因运算放大器输入端阻抗很高,易受扰乱。
输出端阻抗较低,不易受扰乱。
一条长线相当于一根接收天线,简单引入外界扰乱。
在图三的 A 中排版时,R1、R2 要凑近三极管Q1 搁置,因Q1 的输入阻抗很高,基极线经过长,易受扰乱,则R1 、R2 不可以远离Q1 。
在图三的 B 中排版时,C2 要凑近D2 ,由于Q2 三极管输入阻抗很高,如Q2 至D2 的线路太长,易受扰乱,C2 应移至D2 邻近。
电磁兼容EMC设计电磁兼容EMC设计的目的就是想办法使自己设计或生产的电子设备产生各种干扰信号的幅度符合别人的要求;同时还要想办法让自己设计或生产的电子设备在受到其它电子设备产生干扰的情况下还能正常工作。
因此,EMC标准一般都是强制性的。
防止电子设备产生传导干扰和辐射干扰最好的方法,是采金属机壳对电磁场进行屏蔽,以及对电源输入电路用变压器进行隔离,并且还要对变压器也进行静电感应和磁感应屏蔽。
但由于金属机壳比较笨重,并且成本很高,另外50周的电源变压器体积很大,并且对其进行静电感应和磁感应屏蔽也比较麻烦,因此,这两种方法只有一些要求特别高的场合才会使用,例如:精密测试仪表,对于一般的普通电器设备,目前已很少使用。
在塑料机壳内表面喷涂导电材料也是一种对电磁屏蔽很有效的方法,比如,在塑料机壳内表面喷涂石墨,对超高频电磁屏蔽效果就非常好,因为,石墨既导电又有电阻,是吸收电磁波的良好材料,它不容易对电磁波产生反射,并对电磁波产生衰减作用。
如果只从屏蔽效果来比较,石墨对电磁场屏蔽的效果的确不如导电良好的金属,但金属屏蔽也有缺点,它最大的缺点就是产生电磁波反射,并使电磁反射波相互迭加,严重时会产生电磁振荡。
当被屏蔽干扰信号的波长正好与金属机壳的某个尺寸接近的时候,金属机壳很容易会变成一个大谐振腔,即:电磁波会在金属机壳内来回反射,并会产生互相迭加,其工作原理与图13基本相同。
这种情况在电脑机壳内最容易实现,当电脑机壳的边长正好等于某干扰信号的半个波长,且干扰信号源正好位于电脑机壳的中央位置的时候,干扰信号很容易就会在机壳内部产生电磁振荡。
当某一干扰信号频率正好在谐振腔中产生谐振的时候,电磁波的能量反而会被加强。
被加强了的干扰信号,一方面会破坏设备自身的正常工作,另一方面干扰信号也会从金属机壳的裂缝逃逸出去,产生辐射干扰,雷达设备经常使用的裂缝天线就是这个工作原理。
特别指出,电磁波在金属机壳中产生辐射或谐振,与外壳接地或不接地无关。
开关电源的EMC设计目前,大多数电子产品都选用开关电源供电,以节省能源和提高工作效率;同时越来越多的产品也都含有数字电路,以提供更多的应用功能。
开关电源电路和数字电路中的时钟电路是目前电子产品中最主要的电磁干扰源,它们是电磁兼容设计的主要内容。
下面以一个开关电源的电磁兼容设计过程进行分析。
图1是一个普遍应用的反激式或称为回扫式的开关电源工作原理图,50 Hz或60 Hz交流电网电压首先经整流堆整流,并向储能滤波电容器C5充电,然后向变压器T1与开关管V1组成的负载回路供电。
1)脉冲尖峰电流及其抑制措施。
一般电容器C5的容量很大,其两端电压纹波很小,大约只有输入电压的10%左右,而仅当输入电压Uin大于电容器C5两端电压的时候,整流二极管才导通。
因此在输入电压的一个周期内,整流二极管的导通时间很短,即导通角很小。
这样整流电路中将出现脉冲尖峰电流,如图2所示。
这种脉冲尖峰电流如用傅里叶级数展开,看成由非常多的高次谐波电流组成,这些谐波电流将会降低电源设备的使用效率,即功率因数很低,并会倒灌到电网,对电网产生污染。
当严重时还会引起电网频率的波动,即交流电源闪烁。
解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的方法是在整流电路中串联一个功率因数校正(PFC)电路,或差模滤波电感器。
图3是进行过电磁兼容设计后的电气原理图。
PFC电路一般为一个并联式升压开关电源,其输出电压一般为直流400 V,没有经功率因数校正之前的电源设备,其功率因数一般只有0.4~0.6,经校正后最高可达到0.98。
PFC电路虽然可以解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的问题,但又会带来新的高频干扰问题,这同样也要进行严格的EMC设计。
用差模滤波电感器可以有效地抑制脉冲电流的高频成份,从而降低电流谐波干扰。
但是在开关电源电路里,差模电感的体积和重量受到限制,因而提高功率因数的作用有限。
图3中的L1为差模滤波电感器,差模滤波电感器一般用硅钢片材料制作,以提高电感量,为了防止大电流流过差模滤波电感器时产生磁饱和。
电源emc设计要点
1. 嘿,你知道电源 EMC 设计要点里,滤波那可是超级重要的哦!就像给电源穿上一层保护衣似的。
你想想,要是没有好的滤波,那各种干扰不就像小怪兽一样乱冲乱撞啦!比如说在一些精密仪器中,要是滤波没做好,那数据不就乱套啦?所以滤波可得重视起来呀!
2. 还有啊,接地这一块也不能马虎呀!这就好比是电源的根基呢!如果接地做得不好,那不就像房子没有坚实的地基一样危险吗?就像有时候一些电子设备老是出莫名其妙的故障,说不定就是接地的问题呢!你可别不把它当回事哟!
3. 布线也是有大学问的呢!这简直就像给电源织一张网。
如果布线不合理,那信号不就容易混乱啦?打个比方,就像马路上的车道规划不好,那车子不就乱开啦?所以布线一定要精心设计呀,让电流乖乖地按照我们的要求流动。
4. 屏蔽也很关键哟!这就像是给电源罩了个金钟罩一样。
面对外界那些干扰,屏蔽能起到很好的保护作用呢。
比如在有强电磁环境的地方,要是没有好的屏蔽,那电源还不得被干扰得晕头转向啦?这可不行呀!
5. 器件的选择也不能随便哟!这就好像给电源选队友一样。
要是选了不合适的器件,那不就像拼凑起来的团队不和谐嘛!比如一些质量不好的电容,可能就会影响整个电源的性能呢。
可得瞪大眼睛选好器件呀!
6. 别忘了对电源进行整体优化哦!这就像是给电源来一次全面提升。
让它各个方面都更加出色,更加稳定。
想想看,如果电源老是出问题,那多让人头疼呀!所以一定得重视整体优化,让电源成为可靠的小助手!
我的观点结论:电源 EMC 设计要点真的都很重要呀,每一个环节都不能忽视,只有这样才能设计出优秀的电源!。
路华科技(深圳)有限公司Roofer Technology(Shenzhen) CO.,LTD安规及EMC电磁兼容相关基础知识讲义核准:审核:确认:起草: 刘明良日期: 2006-11-13第一部分:安规一、典型国家电网电压(中国、德国、美国、日本、澳大利亚等)二、典型国家插脚类型(中国、德国、美国、英国、印度、日本、韩国、澳大利亚、南非等)三、安规概述1.安全标准对器具的总体要求: 产品的设计和结构必须能够保证在正常使用和可能的失败条件下, 不会对使用者产生触电和其它危险, 及不会对周围环境产生危害,如火灾等.1.安规总则:产品在设计和生产中应避免以下危险的发生:电击危险/能量危险/着火/机械危险/热的危险/辐射危险/化学危险2.安规专业术语:额定电压:由制造厂商标定的电源电压或电压范围。
额定电流:由制造厂商标定的设备的输入电流。
额定频率:由制造厂商标定的电源频率。
危险电压:交流大于30Vrms(42.4Vp_p),直流大于60Vdc 且不符合限流电路及TNV(通信网络电压)电路要求的电压.危险能量:输出电压等于或大于2V时,输出功率等于或大于240VA或20J的能量.功能绝缘: 设备正常工作时需要的绝缘.其目的:减少引燃和着火的危险.基本绝缘: 对电击提供基本保护的绝缘.附加绝缘: 基本绝缘以外的独立的绝缘,当基本绝缘一旦失效时仍能防止电击的绝缘.双层绝缘: 基本绝缘+附加绝缘加强绝缘: 单一的绝缘结构,相当于双层绝缘.设备分类:Ι类设备(ClassΙ Equipment): Base Insulation + GroundingΠ类设备(ClassΠ Equipment):Double Insulation (W/O Grounding ):Ⅲ类设备 Class Ⅲ Equipment):SELV(Safety Extra-low Voltage)2类设备(Class 2 Transformer):1). Vo (输出电压) <30Vac or 60Vdc.2). Is (1分钟后的短路电流)<8A3). Po (输出功率)<100W四、常见的安规标准与标号(TUV、GS与CE/UL与FCC /CCC/SAA/PSE)1.CE: A: CE是欧盟(European Communities)的缩写。
电子电路布局的EMC设计准则和示例EMC(Electromagnetic Compatibility,电磁兼容性)是指电子设备在电磁环境中无相互干扰且能正常工作的能力。
在电路设计过程中,EMC设计是非常重要的一环,它能够保证电子设备正常运行,并减少电磁干扰对其他设备的影响。
本文将介绍电子电路布局的EMC设计准则和示例,并详细列举步骤。
一、EMC设计准则:1. 尽量减少回路长度:回路长度越长,电磁波传播的路径就越长,干扰信号的问题会更加严重。
因此,在设计电路布局时要尽量缩短回路长度。
2. 适当使用铺铜:通过合理使用铺铜层来减少回路的阻抗,降低电磁辐射的问题。
同时,铺铜层还可用于建立大地平面,增加电磁屏蔽效果。
3. 保持信号线和电源线的分离:为了避免信号线和电源线之间互相干扰,应尽量将它们分离开来布局。
可以使用不同的铺铜层或间隔来隔离信号线和电源线。
4. 避免信号线和辐射物体的交叉:辐射物体包括传输线、散射线和天线等。
信号线和辐射物体之间的交叉会引起电磁干扰,因此应避免它们的交叉。
5. 采用合适的布局规划:合理规划电路板上各部分的位置,确保信号的传输路径尽可能短,同时也要考虑到布线、阻抗匹配等问题。
6. 控制布线走线:布线走线要遵循短、粗、宽、直的原则,尽可能减小阻抗,降低交叉干扰,提高信号质量。
7. 合理选择元器件:选择合适的元器件对EMC设计非常重要。
应选择与EMC 要求相符的低噪声、低电磁辐射的元器件,并尽量避免使用有明显辐射磁场的元器件。
8. 加强接地设计:良好的接地设计可以提高电磁屏蔽效果,减少电磁辐射。
应在电路设计中充分考虑接地的布局和连接方法,并避免接地线的断开、升高阻抗等问题。
9. 使用滤波器和抑制器:滤波器和抑制器可以有效抑制电磁辐射和吸收噪声,提高电路的抗干扰能力。
在设计电路布局时,可以考虑加入合适的滤波器和抑制器,进一步提高电磁兼容性。
10. 增加屏蔽:对于特别敏感的部件或高频信号,可采用金属屏蔽罩或截获罩等形式进行屏蔽,减少电磁辐射和接收干扰。
开关电源emc设计要领(最新版)目录1.开关电源 EMC 设计的重要性2.开关电源 EMC 设计的主要要点3.解决电磁干扰的方法4.开关电源 EMC 设计的实际应用正文开关电源 EMC 设计要领随着电子技术的快速发展,开关电源在通信、控制、计算机等领域的应用越来越广泛。
然而,由于开关电源会产生电磁干扰,其进一步的应用受到了一定程度上的限制。
因此,开关电源的 EMC 设计变得尤为重要。
本文将分析开关电源电磁干扰的各种产生机理,并在此基础上,提出开关电源的电磁兼容设计方法。
一、开关电源 EMC 设计的重要性开关电源因体积小、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。
因此,开关电源的 EMC 设计变得尤为重要。
二、开关电源 EMC 设计的主要要点开关电源的 EMC 设计主要包括以下几个方面:1.电路设计及布局:合理的电路设计及布局可以减小电磁干扰。
2.接地处理:良好的接地处理可以有效地减小电磁干扰。
3.滤波器设计:滤波器的设计可以有效地抑制电磁干扰。
4.屏蔽处理:对敏感元件和线路进行屏蔽处理,可以减小电磁干扰。
三、解决电磁干扰的方法针对电磁干扰问题,可以采用以下方法进行解决:1.采用高频电流探头确认噪声、耦合和路径。
2.使用 1pf 探头和近场探头定位噪声源。
3.根据噪声源的性质,确定组合屏蔽、接地和/或过滤的方案。
四、开关电源 EMC 设计的实际应用开关电源的 EMC 设计在实际应用中需要考虑多方面的因素,如工频交流整流为直流、逆变为高频、整流滤波电路输出等。
通过合理的设计,可以有效地减小电磁干扰,提高开关电源的电磁兼容性。
总之,开关电源的 EMC 设计是保障其在通信、控制、计算机等领域应用的关键。
)电源的EMC及安规设计开关电源不需要沉重的电源变压器,具有体积小、重量轻、效率高的优点,且市场上已有成品开关电源集成控制模块,使电源设计、调试简化许多,所以,在大多数的电子设备(如计算机、电视机及各种控制系统)中得到了广泛的应用。
然而,开关电源自身产生的各种噪声却形成了一个很强的电磁干扰源。
这些干扰随着开关频率的提高、输出功率的增大而明显地增强,对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁。
因此,只有提高开关电源的电磁兼容性,才能使开关电源在那些对电源噪声指标有严格要求的场合下被采用。
开关电源产生噪声的原因开关电源的种类很多,按变换器的电路结构可分为串并联式和直流变换式两种;按激励方式可分为自激和它激两种;按开关管的组合可分为桥式、半桥式、推挽式等。
但无论何种类型的开关电源都是利用半导体器件的开和关工作的,并以开和关的时间比来控制输出电压的高低。
由于它通常在20kHz以上的开关频率下工作,所以电源线路内的dv/dt、di/dt很大,产生很大的浪涌电压、浪涌电流和其它各种噪声。
它们通过电源线以共模或差模方式向外传导,同时还向周围空间辐射噪声。
图1给出了一种典型的开关电源电路的简图,下面以此为例分析其产生噪声的主要原因。
—一次整流回路的噪声在一次整流回路中,整流二极管D1~D4只有在脉动电压超过C1的充电电压的瞬间,电流才从电源输入侧流入。
所以,一次整流回路产生高次畸变波,形成噪声。
开关回路的噪声一是电磁辐射。
电源在工作时,开关管T处于高频率通断状态,在由脉冲变压器初级线圈L、开关管T和滤波器C构成的高频电流环路中,可能会产生较大的空间辐射噪声。
如果C的滤波不足,则高频电流还会以差模方式传导到交流电源中去。
二是感性负载引起的浪涌电压。
在开关回路中开关管T的负载是脉冲变压器的初级线圈L,是感性负载,所以开关管在通断时,在脉冲变压器的初级线圈的两端会出现较高的浪涌电压,很可能造成与此同一回路的电子器件(尤其是开关管T)的损坏。
电源的EMC及安规设计开关电源不需要沉重的电源变压器,具有体积小、重量轻、效率高的优点,且市场上已有成品开关电源集成控制模块,使电源设计、调试简化许多,所以,在大多数的电子设备(如计算机、电视机及各种控制系统)中得到了广泛的应用。
然而,开关电源自身产生的各种噪声却形成了一个很强的电磁干扰源。
这些干扰随着开关频率的提高、输出功率的增大而明显地增强,对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁。
因此,只有提高开关电源的电磁兼容性,才能使开关电源在那些对电源噪声指标有严格要求的场合下被采用。
开关电源产生噪声的原因开关电源的种类很多,按变换器的电路结构可分为串并联式和直流变换式两种;按激励方式可分为自激和它激两种;按开关管的组合可分为桥式、半桥式、推挽式等。
但无论何种类型的开关电源都是利用半导体器件的开和关工作的,并以开和关的时间比来控制输出电压的高低。
由于它通常在20kHz以上的开关频率下工作,所以电源线路内的dv/dt、di/dt很大,产生很大的浪涌电压、浪涌电流和其它各种噪声。
它们通过电源线以共模或差模方式向外传导,同时还向周围空间辐射噪声。
图1给出了一种典型的开关电源电路的简图,下面以此为例分析其产生噪声的主要原因。
一次整流回路的噪声在一次整流回路中,整流二极管D1~D4只有在脉动电压超过C1的充电电压的瞬间,电流才从电源输入侧流入。
所以,一次整流回路产生高次畸变波,形成噪声。
开关回路的噪声一是电磁辐射。
电源在工作时,开关管T处于高频率通断状态,在由脉冲变压器初级线圈L、开关管T和滤波器C构成的高频电流环路中,可能会产生较大的空间辐射噪声。
如果C的滤波不足,则高频电流还会以差模方式传导到交流电源中去。
二是感性负载引起的浪涌电压。
在开关回路中开关管T的负载是脉冲变压器的初级线圈L,是感性负载,所以开关管在通断时,在脉冲变压器的初级线圈的两端会出现较高的浪涌电压,很可能造成与此同一回路的电子器件(尤其是开关管T)的损坏。
二次整流回路的噪声一是电磁辐射。
电源在工作时,整流二极管D也处于高频通断状态,由脉冲变压器次级线圈L、整流二极管D和滤波电容C构成了高频开关电流环路,可能向空间辐射噪声。
如果电容C滤波不足,则高频电流将以差模形式混在输出直流电压上,影响负载电路的正常工作。
二次整流回路的噪声二是浪涌电流。
硅二极管在正向导通时PN结内的电荷被积累,二极管加反向电压时积累的电荷将消失并产生反向电流。
由于二次整流回路中D在开关转换时频率很高,即由导通转变为截止的时间很短,在短时间内要让存储电荷消失就产生反电流的浪涌。
由于直流输出线路中的分布电容、分布电感的存在,使因浪涌引起的干扰成为高频衰减振荡。
控制回路的噪声控制回路中的脉冲控制信号是主要的噪声源。
分布电容引起的噪声一是Ci的作用。
散热片K与开关管T的集电极间虽然有绝缘垫片,但由于其接触面较大,绝缘垫较薄,因此两者之间的分布电容Ci在高频时不能忽略。
因此高频电流会通过Ci流到散热片上,再流到机壳地,最终流到与机壳地相连的交流电源的保护地线PE中,以产生共模辐射。
二是Cd的作用。
脉冲变压器的初、次级之间存在的分布电容Cd,可能会将原边高频电压直接耦合到副边上去,在副边用作直流输出的两条电源线上产生同相位的共模噪声。
开关电源的电磁兼容性设计抑制开关电源的噪声可采取三方面的技术。
一、是减小干扰源的干扰能量;二、是破坏干扰路径;三、是采用屏蔽。
减小干扰源能量由于开关电源的干扰源是不可能消除的,所以减小干扰源的能量就显得非常必要。
一般采取的措施有:(1)并接RC电路。
在开关管T两端加RC吸收电路;在二次整流回路中的整流二极管D两端加RC吸收电路,抑制浪涌电压。
(2)串接可饱和磁芯线圈。
在二次整流回路中,与整流二极管D串接带可饱和磁芯的线圈,可饱和磁芯线圈在通过正常电流时磁芯饱和,电感量很小,不会影响电路正常工作;一旦电流要反向流过时,磁芯线圈将产生很大的反电势,阻止反向电流的上升,因此将它与二极管D串联就能有效地抑制二极管D的反向浪涌电流。
目前已有超小型非晶型磁环成品,可以直接套在二极管的正极引线上,使用方便。
破坏干扰路径一是针对开关电源中分布电容引起的电场噪声采取措施。
主要抗干扰措施有:(1)减少开关管集电极和散热片之间的耦合电容Ci。
选用低介电常数的材料作绝缘垫,加厚垫片的厚度,并采用静电屏蔽的方法,。
一般开关管的外壳是集电极,在集电极和散热片之间垫上一层夹心绝缘物,即绝缘物中间夹一层铜箔,作为静电屏蔽层,接在输入直流0V地上,散热片仍接在机壳地上,这样将大大减少集电极与散热片之间的耦合电容Ci,也就减少了它们之间的电场耦合。
(2)减少脉冲变压器的分布电容Cd。
在一次侧和二次侧间加静电屏蔽层,屏蔽层应尽量靠近发射极并接地,这样将耦合电容Cd也分成Cd1和Cd2的串联形式。
减少了一、二次侧的电场的耦合干扰。
二是针对开关电源通过电源线向外传输噪声的特点采取措施,即采用滤波技术破坏干扰。
采用的滤波技术有:(一)交流侧滤波。
开关电源的交流电源线输入端插入共模和差模滤波器,防止开关电源的共模和差模噪声传递到电源线中,影响电网中其它用电设备,同时也抑制来自电网的噪声。
交流侧滤波器,其中LD、CD 用于抑制差模噪声,一般LD取100~700μH,CD取1~10μF,对抑制10~150kHz的噪声比较有效。
L C、CC抑制共模噪声,一般LC取1~3mH,CC取2000~6800pF,对抑制150kHz以上的共模噪声有效。
对于具体的开关电路要对其上述元件的参数进行调试确定。
(二)直流侧滤波。
在开关电源的直流输出侧插入电源滤波器,它由共模扼流圈L1、L2,扼流圈L3和电容C1、C2组成。
为了防止磁芯在较大的磁场强度下饱和而使扼流圈失去作用,扼流圈的磁芯必须采用高频特性好且饱和磁场强度大的恒μ磁芯。
屏蔽抑制辐射噪声的有效方法是屏蔽。
用导电良好的材料对电场屏蔽,用导磁率高的材料对磁场屏蔽。
为了防止脉冲变压器的磁场泄露,可利用闭合磁环形成磁屏蔽,对整个开关电源要进行屏蔽。
在屏蔽时应考虑散热和通风问题,屏蔽盒上的通风孔最好为圆形,接缝处最好焊接,以保证电磁的连续性。
开关电源的电磁兼容性设计考虑的因素还很多,如印制板的制作、元器件的布局以及各种电源线、信号线的捆扎、配置等,有许多工作要做。
全面抑制开关电源的各种噪声会大大提高开关电源的电磁兼容性,使开关电源得到更广泛的应用。
EMI滤波器的设计原理在开关电源中,主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的dv/dt和di/dt,因而电磁发射EME(E lectromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号,其频率范围从开关工作频率到几MHz。
所以,传导型电磁环境(EME)的测量,正如很多国际和国家标准所规定,频率范围在0.15~30MHz。
设计EMI滤波器,就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。
基于上述标准,通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。
常用电源滤波类型通常有四种技术可进行电源滤波,以便抑制干扰噪声。
在实际使用中,经常是混合使用其中的两种,甚至多种技术。
它们是:正负极电源线之间添加电容,即X电容;每根电源线和地线之间添加电容,即Y电容;共模抑制(两根电源线上的抑制线圈同向绕线);差模抑制(每根电源线有它自己的抑制线圈)。
电磁干扰滤波器的基本电路电源噪声是电磁干扰的一种,其传导噪声的频谱大致为10kHz~30MHz,最高可达150MHz。
根据传播方向的不同,电源噪声可分为两大类:一类是从电源进线引入的外界干扰,另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。
这表明噪声属于双向干扰信号,电子设备既是噪声干扰的对象,又是一个噪声源。
若从形成特点看,噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。
串模干扰是两条电源线之间(简称线对线)的噪声。
共模干扰则是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声。
因此,电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性(E MC)的要求,也必须是双向射频滤波器,一方面要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰,另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰,以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。
此外,电磁干扰滤波器就对串模、共模干扰都起到抑制作用。
电感量范围与额定电流的关系基本电路及其典型应用电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。
该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端,使用时外壳应接通大地。
电路中包括共模扼流圈(亦称共模电感)L、滤波电容C1~C4。
L对串模干扰不起作用,但当出现共模干扰时,由于两个线圈的磁通方向相同,经过耦合后总电感量迅速增大,因此对共模信号呈现很大的感抗,使之不易通过,故称作共模扼流圈。
它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上,当有电流通过时,两个线圈上的磁场就会互相加强。
L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关,参见表1。
需要指出,当额定电流较大时。
共模扼流圈的线径也要相应增大,以便能承受较大的电流。
此外,适当增加电感量,可改善低频衰减特性。
C1和C2采用薄膜电容器,容量范围大致是0.01μF~0.47μF,主要用来滤除串模干扰。
C3和C4跨接在输出端,并将电容器的中点接地,能有效地抑制共模干扰。
C3和C4亦可并联在输入端,仍选用陶瓷电容,容量范围是2200pF~0.1μF。
为减小漏电流,电容量不得超过0.1μF,并且电容器中点应与大地接通。
C1~C4的耐压值均为630VDC或250VAC。
图2示出一种两级复合式EMI滤波器的内部电路,由于采用两级(亦称两节)滤波,因此滤除噪声的效果更佳。
针对某些用户现场存在重复频率为几千赫兹的快速瞬态群脉冲干扰的问题,国内外还开发出群脉冲滤波器(亦称群脉冲对抗器),能对上述干扰起到抑制作用。
EMI滤波器图EMI滤波前后的波形比较计算EMI滤波器对地漏电流的公式为:ILD=2π×f×C×Vc(3)式中,ILD为漏电流,f是电网频率。
以图1为例,f=50Hz,C=C3+C4=4400pF,Vc是C3、C4上的压降,亦即输出端的对地电压,可取Vc≈220V/2=110V。
由(3)式不难算出,此时漏电流ILD=0.15mA。
C3和C4若选4700pF,则C=4700pF×2=9400pF,ILD=0.32mA。
显然,漏电流与C成正比。
对漏电流的要求是愈小愈好,这样安全性高,一般应为几百微安至几毫安。
在电子医疗设备中对漏电流的要求更为严格。
使用条件:使用条件包括两方面内容:可靠性和电磁兼容性。
以前只注意可靠性,现在由于环境保护意识增强,必须注意电磁兼容性。
高频电源EMC可靠性可靠性是指在具体的使用条件下,高频电源变压器能正常工作到使用寿命为止。