开关电源的EMC干扰不知道是怎么产生的?(开关电源EMC探析)_emc干扰工作原理-程序员宅基地

技术标签: 电路设计  硬件工程  EMI电磁干扰  EMC电磁兼容  

在开关电源产品的研发过程中,EMC问题是工程师所必需克服的难题之一,也是不同功率的开关电源所共同具备的一个棘手问题。EMC又称为电磁兼容,而想要使设计的产品符合电磁兼容标准,就必须弄清楚开关电源的电磁干扰都是从哪里来的。

01

开关电路产生的电磁干扰

在开关电源的EMC设计中,首先需要避免的就是从电源的开关电路中所产生的电磁干扰问题,这也是开关电源的主要干扰源之一。开关电路在结构方面主要由开关管和高频变压器组成,因此它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲,频带较宽且谐波丰富。电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变,这种瞬变是一种传导型电磁干扰,既会影响变压器的初级,同时还会使传导干扰返回配电系统,造成电网谐波电磁干扰,从而影响其他设备的安全和经济运行。

02

整流电路产生的电磁干扰

在开关电源的EMC设计中,另一个较大的电磁干扰源就是整流电路。在一些中小型电源的整流电路中,在输出整流二极管截止时都会有一个反向电流,它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化。

03

高频变压器产生的电磁干扰

高频变压器在开关电源的运行过程中也同样会不可避免的产生电磁干扰,在大型电源的产品测试过程中,这一干扰问题尤其常见。高频变压器的初级线圈、开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路有时会产生较大的空间辐射,形成辐射干扰,对电源的EMC设计有较大影响。如果电容滤波容量不足或高频特性不好,电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成传导干扰。

04

分布电容引起的干扰

分布电容在开关电源的设计和EMC产品测试过程中,是一种非常不起眼的电磁干扰源。当开关电源工作在高频状态时,其分布电容所产生的干扰是非常大的,一方面,散热片与开关管集电极间的绝缘片接触面积较大,且绝缘片较薄。高频电流会通过分布电容流到散热片上,再流到机壳地,此时将会产生共模干扰。另一方面,脉冲变压器的初次级之间存在着分布电容,可将原边电压直接耦合到副边上,在副边作直流输出的两条电源线上产生共模干扰。

透析电源EMC

EMC的内容

●基本概念:

★EMC(电磁兼容性):Electromagnetic Compatibility

★EMI(电磁干扰):Electromagnetic Interference

★EMS(电磁抗扰性):Electromagnetic Susceptibility

★ESD(静电):Electrostatic Discharges

★RS(辐射抗干扰):Radiated Susceptibility

★EFT(电快速瞬变脉冲群):Electronic fast transients

★SURGE(雷击浪涌)

★CS(传导抗干扰):Conducted Susceptibility

●EMC =EMI +EMS

★EMI = Conduction( Harmonic) +Radiation

★EMI 三要素:下为系统级的,请大家想想PCB级的。

开关电源 EMI 探讨

●EMI 产生的根源:

★第一、开关电源的最大缺点是因切换动作(TURN-ON或TURN OFF)产生杂讯电压为其杂讯源。因切换动作的波形为方波,而方波含有很多高次谐波。( dv/dt)

★第二、由于开关电晶体的非线性及二极体的反向恢复特性,电流作快速的非线性变化引起杂讯。(di/dt)

●EMI的传播方式和途径:

★EMI干扰信号按其特性可分为共模信号(COMMON MODE)和差模信号(DIFFERENTIAL MODE)。

共模信号:干扰信号电流的在两条回路的导线上的电流方向相对大地是相同的信号,称为共模信号,见下左图;

差模信号:干扰信号电流的在两条回路的导线上的电流方向相对大地是相反的信号,称为差模信号,见下右图。

●常用低通滤波结构的划分

●电源输入滤波器的设计:

★共模差模分开设计(以π型为例)

★滤波器共模部分设计

★滤波器差模部分设计

●滤波器的安装:

●共模电感的绕制

共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销,因此磁芯不会饱和。

●磁珠阻抗

注意:共模电感和磁珠 需要测量温升!!

拓扑EMI 分析举例

Flyback 架构EMI 分析

●Flyback架构的高频等效模型

●Noise 源:

大的di/dt和dv/dt 产生的地方,对Flyback架构来说,会产生这些变化的主要有:

★变压器TX1;

★MOSFET Q1 ;

★输出二极管D1;

★芯片的RC振荡;

★驱动信号线;

Q1 上 Vds 的波形

MOSFET 动作时产生的Noise :如 上图所示,主要来自三个方面:

①Mosfet开通、关断时,具有很宽的频谱含量,开关频率的谐波本身就是较强的干扰源。

②关断时的振荡 1产生较强的干扰。

③关断时的振荡 2产生较强的干扰。

开关管 Q1关断,副边二极管D1导通时(带载),原边的励磁电感被钳制,原边漏感Lep的能量通过Q1的寄生电容Cds进行放电,主放电回路为Lep—Cds—Rs—C1—Lep,此时产生振荡振荡的频率为:

在Lep上的振荡电压Vlep迭加在2Vc1上,致使Vds=2Vc1+Vlep 。振荡的强弱,将决定我们选取的管子的耐压值、电路的稳定性。

量测Lep=6.1uH, Q1为2611查规格书可得Coss=190pF(Coss近似等于Cds),而此充电板为两个管子并联,所以Cds=380pF 。由上式可求得f =3.3 MHz,和下图中的振荡频率吻合。

从图中可看出 此振荡是一衰减的振荡波,其初始的振荡峰值决定于振荡电路的Q值:Q值越大,峰值就越大。Q值小,则峰值小。为了减小峰值,可减小变压器的漏感Lep,加大Cds和电路的阻抗R。而加入Snubber电路是 极有效之方法。

振荡2发生在Mosfet Q1关断,副边二极管由通转向关断,原边励磁电感被释放(这时Cds被充至2Vc1),Cds和原边线圈的杂散电容Clp为并联状态,再和原边电感Lp(励磁电感和漏感之和)发生振荡。放电回路同振荡1。振荡频率为:

在Lp上的振荡电压Vlp迭加在Vc1上,致使Vds=Vc1+Vlp 。量测Lp=0.4mH;Q1为2611,查规格书可得Coss=190pF(Coss近似等于Cds),而此充电板为两个管子并联,所以Cds=380pF;Clp在200KHz时测得为Clp=1.6nF。由上式可求得:f =178.6KHz,和下图中190.5K吻合。

可实行的改善措施有两个:

★1、减小Noise的大小;

★2、切断或改善传播途径。

1.减小Noise 的大小:

首先考虑以下三个方面:

①Mosfet、Diode动作时,具有很宽的频谱含量,开关频率的谐波本身就是较强的干扰源。

措施:在满足所要求的效率、温升条件下,我们可尽量选开关较平缓的管子。而通过调节驱动电阻也可达到这一目的。

②Q1、D1 的振荡 1会产生较强的干扰。

措施:

 *对寄生电容Cds、Cj 的处理:在Q1的ds极、二极管的两端各并上一小电容,来降低电路的Q 值,从而降低振荡的振幅A,同时能降低振荡频率f。需注意的是:此电容的能量1/2Cu2将全部消耗在Q1上,所以管子温升是个问题。解决的办法是使用RC snubber, 让能量 消耗在 R上。同时R能起到减小振幅的作用。

*对变压器的漏感Le的处理:

1、变压器采用 三明治 绕法,以减小漏感。

2、在变压器的绕组上加吸收电路。

3、减小Q1 D极到变压器的引线长度。(此引线电感和漏感相迭加)采取上述 措施降低振荡 1的影响之后得下图。

③:Q1 D1 上的振荡 2 会产生较强干扰。

分析方法和②相同,但此时 电感已变得很大了(主要为为励磁电感),因此漏感和引线电感对③的影响相对较小。

同样从上面的分析中,可看出Nosie 的传播途径主要是通过变压器的杂散电容Ctx;

Mosfet/Diode到散热片的杂散电容Cm/Cd;及散热片到地的杂散电容Ce等途径而耦合到LISN被取样电阻所俘获。

措施一:在Rs的地端和C2的地间接一个Y电容(472)。

原理分析:它的作用是双重的,一是为Mosfet动作产生且串到变压器副边的noise 电流(如I4),提供一个低阻抗的回路,减小到地的电流。二是为二次侧Diode产生的且串到变压器原边的noise 电流提供低阻抗回路,从而减小流过LISN的电流。

其效果如下图:红色为:未改善之前;蓝色为:采取措施之后

措施二:变压器加法拉第铜环:

变压器是Noise传播的主要通道之一,其中初级线圈和次级线圈间杂散电容Ctx是重要因素。而在变压器内部加法拉第铜环是减小Ctx 的有效的方法之一。

措施三:散热片接Rs的地端:

目的为了将 散热片-Ce—地-LISN这一支路 旁路掉,从而减小到地的电流。其效果如下图:可看出,在低频时较有效;在高频时, 效果不明显,这主要是因为在高频时,管脚直接对地的电容已有相当的作用。

红色为:散热片未接地;蓝色为:散热片接地

当综合上述所有措施后,EMI总效果对比如图所示:

红色为:未采取措施前;蓝色为:综合上述措施后

版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接:https://blog.csdn.net/weixin_45605205/article/details/125217862

智能推荐

拥抱了IDEA却发现再也回不去Eclipse...-程序员宅基地

文章浏览阅读165次。拥抱了IDEA却发现再也回不去Eclipse... 一、背景  还记得去年入职的时候,发现很多同事都在用Intellij IDEA,其实在那之前都已经接触过,只不过没有在开发中实际应用而已. 这时候我下定决心要拥抱IDEA了,尤其被它酷酷的黑色主题所吸引,感觉那才是我们程序猿的正确打开方式.二、说明  要想从使用了很久的Eclips..._用完idea后不会用eclipse

数据收集-数据提取_openvigil2.1使用教程-程序员宅基地

文章浏览阅读780次。数据提取响应内容的分类xml和html的区别xmlxml和html的区别常用数据解析方法jsonpath模块使用方法案例练习lxml模块和xpath语法谷歌浏览器xpath helper插件安装xpath的节点关系xpath语法基础节点选择语法xpath定位节点以及提取属性或文本内容的语法语法练习节点修饰语法响应内容的分类结构化的响应内容json字符串可以使用re、json等模块来提取特定数据xml字符串可以使用re、lxml等模块来提取特定数据非结构化的响应内容html字符_openvigil2.1使用教程

unbuntu14.04密码正确登录不进去的解决_ubuntu14.04用户密码对但进不去-程序员宅基地

文章浏览阅读1.9k次。今天我想进入unbuntu系统学习一下linux的常用命令时发现竟然登录不进去了,昨晚还好好的,今天怎么就登不进去了。非常纳闷,于是想起上一次修改了environment文件,和profile文件,本人时linux菜鸟,修改了环境变量文件,以为是和windows环境变量一样,没想到导致登录老是循环在同一界面上,进不去,于是上网查了一下解决办法,发现原来是因为环境变量的问题。我具体的解决步骤为:_ubuntu14.04用户密码对但进不去

emmc 读写信号区分_EMMC转接座读写出错的解决方法-程序员宅基地

文章浏览阅读3.6k次。EMMC转接座使用:下面三个选项在“输入芯片印字”下面输入“EMMC”即可看到:EMMC_AUTO:速度8BIT(默认),智能识别-EMMC时就是它。EMMC_AUTO_4BIT:4BIT,建议大多数芯片选择它,稳定。EMMC_AUTO_1BIT:1BIT,以上两者均不能读时,可以选择它,虽速度慢但或许能挽救片内数据。另外,芯片型号后面_1/4/8BIT@FBGA153/FBGA169等(其中1/..._read emmc id failed

phpstrom配置连接虚拟机服务器_phpstorm使用虚拟机启动php-程序员宅基地

文章浏览阅读469次。踩坑的一天开发环境是Linux,在虚拟机里搭了个centos7,一键配置的lnmp在windows下利用phpstrom远程连接如何配置,步骤如下:首先打开界面,从顶部菜单栏选择Tools选项,选择Deployment,再选择configuration点击左上角加号选择SFTP输入一个昵称,随意,点击OK创建进来后,点击图示按钮进行配置输入服务器的ip,用户昵称,密码,点击testCconnection,测试是否能够连连通。能连通点击OK配置root path(网站根目录所在路径)和_phpstorm使用虚拟机启动php

Android--腾讯Bugly集成文档(吐槽版)_android bugly 符号表-程序员宅基地

文章浏览阅读1w次,点赞3次,收藏15次。本文是在原有的Bugly官方文档上进行修改(吐槽)而成官方开发文档:https://bugly.qq.com/docs/user-guide/instruction-manual-android-hotfix/?v=20170815114059准备好入坑了么?没准备好的,先去吃个糖压压惊ヽ(*。>Д゜゜゜介绍(一些废话,看看即可)热更新能力是Bugly为_android bugly 符号表

随便推点

Eclipse下代码字体背景变红/变绿/变黄原因-----已解决_eclipse测试爆黄色底纹-程序员宅基地

文章浏览阅读1.1k次。问题还原:为什么会出现这种情况eclipse 有测试代码覆盖率的功能,也就是执行Run——>Coverage后会出现这样 的效果原因来自解决办法*将Coverage调出来,[window – show view – other – java – Coverage],点击删除即可..._eclipse测试爆黄色底纹

LVS Centos7 安装_centos7安装lvs-程序员宅基地

文章浏览阅读3.2k次。Centos7已经自带了LVS,因此只需要安装LVS管理程序 ipvsadm(理解为ipvs admin)并配置即可。(1)安装ipvsadmyum -y install ipvsadm(2)设置ipv4转发sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1(3)关闭防火墙systemctl stop firewalld.service #停止firewa..._centos7安装lvs

基于matlab的语义分割_使用扩张卷积进行语义分割-程序员宅基地

文章浏览阅读524次。加载训练数据该示例使用 32×32 三角形图像的简单数据集进行说明。该数据集包括附带的像素标签真实值数据。使用 imageDatastore 和 pixelLabelDatastore 加载训练数据。dataFolder = fullfile(toolboxdir('vision'),'visiondata','triangleImages');imageFolderTrain = fullfil..._matlab 语义分割 trainingimages

Quartz任务调度[Spring+Quartz结合]_实现任务的动态添加、修改和删除_synchronized quartz-程序员宅基地

文章浏览阅读1.3w次,点赞2次,收藏11次。项目框架图 下面开始贴代码了,不过先贴数据库^^-- Create table Oracle数据库create table QUARTZ_SCHEDULEJOB( id VARCHAR2(32), job_name VARCHAR2(32) not null, job_status NVARCHAR2(3) default 0 no_synchronized quartz

结构-行为-样式-JqueryUI拖放使用实例(全)_"jquery 水果拖放<div class=\"ui-weight-header\" id=\"f-程序员宅基地

文章浏览阅读310次。最近工作中有个需要是动态配置页面,想到之前公司有做过类似的,用的是JqueryUi,所以就看了下它的Api。下面就是我做的小Demo,想用的同学可以参考:Html: div class="page-component"> div class="pct-content"> div class="btn btn-default_"jquery 水果拖放"

spring AOP 动态代理 jkd动态代理和cglib动态代理 hibernate使用cglib延迟加载_jkd、cgl代理-程序员宅基地

文章浏览阅读1.9k次。spring 的AOP 实现 可以使用jdk的动态代理,也可以使用cglib的动态代理 先说下两者区别: 静态代理:代理之前就已经知道了代理者和被代理者 动态代理:代理之前并不清楚,在运行时使用反射机制动态生成代理类的字节码 无需我们手动编写它的源代码 jdk动态代理:java.lang.reflect 包中的Proxy类,InvocationHandler 接口提供了生成动态代理类的_jkd、cgl代理

推荐文章

热门文章

相关标签