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解決高頻開關(guān)電源的電磁兼容常見問題分析

作者: 時(shí)間:2013-11-28 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

隨著技術(shù)的不斷完善和日趨成熟,其在鐵路信號(hào)供電系統(tǒng)中的應(yīng)用也在迅速增加。與此同時(shí),自身存在的電磁騷擾(EMI)問題如果處理不好,不僅容易對(duì)電網(wǎng)造成污染,直接影響其他用電設(shè)備的正常工作,而且傳入空間也易形成電磁污染,由此產(chǎn)生了(EMC)問題。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/227761.htm

本文重點(diǎn)對(duì)鐵路信號(hào)電源屏使用的1200W(24V/50A)高頻開關(guān)電源模塊所存在的電磁騷擾超標(biāo)問題進(jìn)行分析,并提出改進(jìn)措施。高頻開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁騷擾可分為傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾兩大類。傳導(dǎo)騷擾通過交流電源傳播,頻率低于30MHz;輻射騷擾通過空間傳播,頻率在30~1000MHz。

1 高頻開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)

高頻開關(guān)電源的主拓?fù)潆娐吩?,如圖1所示。

解決高頻開關(guān)電源的電磁兼容常見問題分析

2 高頻開關(guān)電源電磁騷擾源的分析

在圖1a電路中的整流器、功率管Q1,在圖1b電路中的功率管Q2~Q5、高頻變壓器T1、輸出整流二極管D1~D2都是高頻開關(guān)電源工作時(shí)產(chǎn)生電磁騷擾的主要騷擾源,具體分析如下。

(1)整流器整流過程產(chǎn)生的高次諧波會(huì)沿著電源線產(chǎn)生傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾。

(2)開關(guān)功率管工作在高頻導(dǎo)通和截止的狀態(tài),為了降低開關(guān)損耗,提高電源功率密度和整體效率,開關(guān)管的打開和關(guān)斷的速度越來越快,一般在幾微秒,開關(guān)管以這樣的速度打開和關(guān)斷,形成了浪涌電壓和浪涌電流,會(huì)產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波,對(duì)空間和交流輸入線形成電磁騷擾。

(3)高頻變壓器T1進(jìn)行功率變換的同時(shí),產(chǎn)生了交變的電磁場(chǎng),向空間輻射電磁波,形成了輻射騷擾。變壓器的分布電感和電容產(chǎn)生振蕩,并通過變壓器初次級(jí)之間的分布電容耦合到交流輸入回路,形成傳導(dǎo)騷擾。

(4)在輸出電壓比較低的情況下,輸出整流二極管工作在高頻開關(guān)狀態(tài),也是一種電磁騷擾源。

由于二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響,使之工作在很高的電壓和電流變化率下,二極管反向恢復(fù)的時(shí)間越長(zhǎng),則尖峰電流的影響也越大,騷擾信號(hào)就越強(qiáng),由此產(chǎn)生高頻衰減振蕩,這是一種差模傳導(dǎo)騷擾。

所有產(chǎn)生的這些電磁信號(hào),通過電源線、信號(hào)線、接地線等金屬導(dǎo)線傳輸?shù)酵獠侩娫葱纬蓚鲗?dǎo)騷擾。通過導(dǎo)線和器件輻射或通過充當(dāng)天線的互連線輻射的騷擾信號(hào)造成輻射騷擾。3 針對(duì)高頻開關(guān)電源電磁騷擾的設(shè)計(jì)

(1)開關(guān)電源入口加電源濾波器,抑制開關(guān)電源所產(chǎn)生的高次諧波。

(2)輸入輸出電源線上加鐵氧體磁環(huán),一方面抑制電源線內(nèi)的高頻共模,另一方面減小通過電源線輻射的騷擾能量。

(3)電源線盡可能靠近地線,以減小差模輻射的環(huán)路面積;把輸入交流電源線和輸出直流電源線分開走線,減小輸入輸出間的電磁耦合;信號(hào)線遠(yuǎn)離電源線,靠近地線走線,并且走線不要過長(zhǎng),以減小回路的環(huán)面積;PCB板上的線條寬度不能突變,拐角采用圓弧過渡,盡量不采用直角或尖角。

(4)對(duì)芯片和MOS開關(guān)管安裝去耦電容,其位置盡可能地靠近并聯(lián)在器件的電源和接地管腳。

(5)由于接地導(dǎo)線存在Ldi/dt,PCB板和機(jī)殼間接地采用銅柱連接,對(duì)不適合用銅柱連接的采用較粗的導(dǎo)線,并就近接地。

(6)在開關(guān)管以及輸出整流二極管兩端加RC吸收電路,吸收浪涌電壓。

4 高頻開關(guān)電源電磁騷擾測(cè)試曲線

在3m法電波暗室對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試,其L、N線的傳導(dǎo)騷擾檢測(cè)曲線如圖2、3所示,輻射騷擾的垂直極化掃描曲線如圖4、5所示。

根據(jù)鐵路客運(yùn)專線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,傳導(dǎo)騷擾限值和輻射騷擾限值如表1、2所示。


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