開關(guān)電源電磁干擾(EMI)機(jī)理及新的抑制方法
3.2.2 無損緩沖電路
在變換器電路中,主二極管反向恢復(fù)時,會對開關(guān)管造成很大的電流、電壓應(yīng)力,引起很大的功耗,極易造成器件的損壞。為了抑制這種反向恢復(fù)電流,減少損耗,而提出了一種無損緩沖電路[5],如圖7所示。
圖7 無損緩沖電路
其主要工作原理是,主開關(guān)Q開通時的di/dt應(yīng)力、關(guān)斷時的dv/dt應(yīng)力分別受L1、C1所限制,利用L1、C1、C2之間相互的諧振及能量轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)對主二極管D反向恢復(fù)電流的抑制,使開關(guān)損耗、EMI大大減少。不僅如此,由于開通時C1上的能量轉(zhuǎn)移到C2,關(guān)斷時C2和L1上的能量轉(zhuǎn)移到負(fù)載,這種緩沖電路的損耗很低,效率很高。
3.2.3 無源補(bǔ)償技術(shù)
傳統(tǒng)的共模干擾抑制電路如圖8所示。為了使通過濾波電容Cy流入地的漏電流維持在安全范圍,Cy的值都較小,相應(yīng)的扼流線圈LCM就變大,特別是由于LCM要傳輸全部的功率,其損耗、體積和重量都會變大。應(yīng)用無源補(bǔ)償技術(shù),則可以在不影響主電路工作的情況下,較好地抑制電路的共模干擾,并可減少LCM、節(jié)省成本。
圖8 共模干擾濾波器
由于共模干擾是由開關(guān)器件的寄生電容在高頻時的dv/dt產(chǎn)生的,因此,用一個額外的變壓器繞組在補(bǔ)償電容上產(chǎn)生一個180°的反向電壓,產(chǎn)生的補(bǔ)償電流再與寄生電容上的干擾電流迭加,從而消除干擾。這就是無源補(bǔ)償?shù)脑怼?p> 圖9(a)為加入補(bǔ)償電路的隔離式半橋電路。由于半橋、全橋電路常用于大功率場合,濾波電感LCM較大,所以補(bǔ)償?shù)男Ч麜黠@。該電路在變壓器上加了一個補(bǔ)償線圈Nc,匝數(shù)與原邊繞組一樣;補(bǔ)償電容CCOMP的大小則與寄生電容CPARA一樣。這樣一來,工作時的Nc使CCOMP產(chǎn)生一個與CPARA上干擾電流大小相同、方向相反的補(bǔ)償電流,迭加后消除了干擾電流。補(bǔ)償線圈不流過全部的功率,僅傳輸干擾電流,補(bǔ)償電路十分簡單。
同樣,對于圖9(b)中的正激式電路,利用其自身的磁復(fù)位線圈,可以更加方便地實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。無源補(bǔ)償技術(shù)還可以應(yīng)用于非隔離式的變換器電路中,如圖10所示,原理是一樣的。
(b) 帶補(bǔ)償電路的正激電路
(a) 帶補(bǔ)償電路的隔離式半橋電路
圖9 兩種無源補(bǔ)償電路
(a) Boost電路
(b) Buck電路
圖10 帶補(bǔ)償電路的非隔離式Boost、Buck電路
需要注意的是,無源補(bǔ)償技術(shù)有一定的應(yīng)用條件,它受開關(guān)電流、電壓的上升、下降時間,以及變壓器結(jié)構(gòu)等因素的影響,特別當(dāng)變壓器的線間耦合電容遠(yuǎn)大于寄生電容時,干擾電流不經(jīng)補(bǔ)償線圈而直接進(jìn)入大地,此時抑制效果就不很理想。
4 結(jié)語
產(chǎn)生噪聲的來源很多,如外來干擾、機(jī)械振動、電路設(shè)計(jì)不當(dāng)、元器件選擇不當(dāng)以及結(jié)構(gòu)布局或布線不合理等。在開關(guān)變換器中,功率三極管和二極管在開-關(guān)過程中所產(chǎn)生的射頻能量是干擾的主要來源之一。由于頻率較高,或以電磁能的形式直接向空間輻射(輻射干擾),或以干擾電流的形式沿著輸入、輸出導(dǎo)線傳送(傳導(dǎo)干擾),其中后者的危害更為嚴(yán)重。
開關(guān)電源技術(shù)是一項(xiàng)綜合性技術(shù),可以利用先進(jìn)的半導(dǎo)體電路設(shè)計(jì)技術(shù)、磁性材料、電感元件技術(shù)以及開關(guān)器件技術(shù)等來有效地減少和抑制EMI。目前,開關(guān)電源已日益廣泛地應(yīng)用到各種控制設(shè)備、通信設(shè)備以及家用電器中,其電磁干擾問題、及與其它電子設(shè)備的電磁兼容問題已日益成為人們關(guān)注的熱點(diǎn),未來電磁干擾及其相關(guān)問題必將得到更多的研究。
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