開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理及其傳播途徑
Flyback架構(gòu)noise在頻譜上的反應(yīng)
0.15MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾;
0.2MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的4次諧波和Mosfet振蕩2(190.5KHz)基波的迭加,引起的干擾;所以這部分較強(qiáng);
0.25MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;
0.35MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;
0.39MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的8次諧波和Mosfet振蕩2(190.5KHz)基波的迭加引起的干擾;
1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diode振蕩1(1.31MHz)的基波引起的干擾;
3.3MHz處產(chǎn)生的振蕩是Mosfet振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾;
開關(guān)管、整流二極管的振蕩會產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾
設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施
1.把噪音電路節(jié)點(diǎn)的PCB銅箔面積最大限度地減小,如開關(guān)管的漏極、集電極、初次級繞組的節(jié)點(diǎn)等;
2.使輸入和輸出端遠(yuǎn)離噪音元件,如變壓器線包、變壓器磁芯、開關(guān)管的散熱片等等;
3.使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線包、未遮蔽的變壓器磁芯和開關(guān)管等等)遠(yuǎn)離外殼邊緣,因?yàn)樵谡2僮飨峦鈿み吘壓芸赡芸拷饷娴慕拥鼐€;
4.如果變壓器沒有使用電場屏蔽,要保持屏蔽體和散熱片遠(yuǎn)離變壓器;
5.盡量減小以下電流環(huán)的面積:次級(輸出)整流器、初級開關(guān)功率器件、柵極(基極)驅(qū)動線路、輔助整流器
6.不要將門極(基極)的驅(qū)動返饋環(huán)路和初級開關(guān)電路或輔助整流電路混在一起;
7.調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值,使它在開關(guān)的死區(qū)時(shí)間里不產(chǎn)生振鈴響聲;
8.防止EMI濾波電感飽和;
9.使拐彎節(jié)點(diǎn)和次級電路的元件遠(yuǎn)離初級電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片;
10.保持初級電路的擺動的節(jié)點(diǎn)和元件本體遠(yuǎn)離屏蔽或者散熱片;
11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端;
12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線端子;
13.使EMI濾波器對面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離;
14.在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻;
15.在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻;
16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻;
17.在PCB設(shè)計(jì)時(shí)允許放1nF/500V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻,跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間;
18.保持EMI濾波器遠(yuǎn)離功率變壓器,尤其是避免定位在繞包的端部;
19.在PCB面積足夠的情況下,可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置,RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端;
20.空間允許的話在開關(guān)功率場效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個(gè)小徑向引線電容器(米勒電容,10皮法/1千伏電容);
21.空間允許的話放一個(gè)小的RC阻尼器在直流輸出端;
22.不要把AC插座與初級開關(guān)管的散熱片靠在一起。
開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)
作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置,開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高,產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大;干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器,相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚;開關(guān)頻率不高(從幾十千赫和數(shù)兆赫茲),主要的干擾形式
是傳導(dǎo)干擾和近場干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線,具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計(jì)的難度。
1MHZ以內(nèi)----以差模干擾為主,增大X電容就可解決;
1MHZ---5MHZ---差模共?;旌希捎幂斎攵瞬⒁幌盗蠿電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并解決;
5M以上---以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法。對于外殼接地的,在地線上用一個(gè)磁環(huán)繞2圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);對于25--30MHZ不過可以采用加大對地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCBLAYOUT、輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小磁環(huán),
最少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器;
30---50MHZ---普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起,可以用增大MOS驅(qū)動電阻,RCD緩沖電路采用1N4007慢管,VCC供電電壓用1N4007慢管來解決;
100---200MHZ---普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起,可以在整流管上串磁珠;
100MHz-200MHz之間大部分出于PFCMOSFET及PFC二極管,現(xiàn)在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果,水平方向基本可以解決問題,但垂直方向就很無奈了。
開關(guān)電源的輻射一般只會影響到100M以下的頻段,也可以在MOS、二極管上加相應(yīng)吸收回路,但效率會有所降低。
1MHZ以內(nèi)----以差模干擾為主
1.增大X電容量;
2.添加差模電感;
3.小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。
1MHZ---5MHZ---差模共?;旌?/p>
采用輸入端并聯(lián)一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并以解決。
1.對于差模干擾超標(biāo)可調(diào)整X電容量,添加差模電感器,調(diào)差模電感量;
2.對于共模干擾超標(biāo)可添加共模電感,選用合理的電感量來抑制;
3.也可改變整流二極管特性來處理一對快速二極管如FR107一對普通整流二極管1N4007。
5M以上---以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法
對于外殼接地的,在地線上用一個(gè)磁環(huán)串繞2-3圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減作用;也可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔,銅箔閉環(huán)。處理后端輸出整流管的吸收電路和初級大電路并聯(lián)電容的大小。
對于20--30MHZ
1.對于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對地Y2電容量或改變Y2電容位置;
2.調(diào)整一二次側(cè)間的Y1電容位置及參數(shù)值;
3.在變壓器外面包銅箔、變壓器最里層加屏蔽層,調(diào)整變壓器的各繞組的排布;
4.改變PCBLAYOUT;
5.輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小共模電感;
6.在輸出整流管兩端并聯(lián)RC濾波器且調(diào)整合理的參數(shù);
7.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE;
8.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容;
9.可以用增大MOS驅(qū)動電阻。
30---50MHZ普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起
1.可以用增大MOS驅(qū)動電阻;
2.RCD緩沖電路采用1N4007慢管;
3.VCC供電電壓用1N4007慢管來解決;
4.或者輸出線前端串接一個(gè)雙線并繞的小共模電感;
5.在MOSFET的D-S腳并聯(lián)一個(gè)小吸收電路;
6.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE;
7.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容;
8.PCB心LAYOUT時(shí)大電解電容,變壓器,MOS構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小;
9.變壓器,輸出二極管,輸出平波電解電容構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小。
50---100MHZ普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起
1.可以在整流管上串磁珠;
2.調(diào)整輸出整流管的吸收電路參數(shù);
3.可改變一二次側(cè)跨接Y電容支路的阻抗,如PIN腳處加BEADCORE或串接適當(dāng)?shù)碾娮瑁?/p>
4.也可改變MOSFET,輸出整流二極管的本體向空間的輻射(如鐵夾卡MOSFET,鐵夾卡DIODE,改變散熱器的接地點(diǎn));
5.增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射。
200MHZ以上開關(guān)電源已基本輻射量很小,一般可過EMI標(biāo)準(zhǔn)。
傳導(dǎo)方面EMI對策
傳導(dǎo)冷機(jī)時(shí)在0.15-1MHZ超標(biāo),熱機(jī)時(shí)就有7DB余量。主要原因是初級BULK電容DF值過大造成的,冷機(jī)時(shí)ESR比較大,熱機(jī)時(shí)ESR比較小,開關(guān)電流在ESR上形成開關(guān)電壓,它會壓在一個(gè)電流LN線間流動,這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個(gè)電解
電容之間加一個(gè)差模電感.........
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