新聞中心

EEPW首頁 > 電源與新能源 > 設(shè)計應(yīng)用 > 電源設(shè)計小貼士:非隔離式電源的共模電流

電源設(shè)計小貼士:非隔離式電源的共模電流

作者: 時間:2012-12-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  電源的可能成為一個電磁干擾 (EMI) 源,您是否曾經(jīng)消除過它呢?在一些高壓電源中,例如:LED 燈泡所使用的電源,您可能會發(fā)現(xiàn)您無法消除它們。經(jīng)仔細(xì)查看,發(fā)現(xiàn)電源與隔離式電源其實并沒有什么兩樣。開關(guān)節(jié)點接地寄生電容,產(chǎn)生

  圖 1 是一個 LED 電源的示意圖,其顯示了該降壓調(diào)節(jié)器中產(chǎn)生的主要原因。原因就是開關(guān)節(jié)點接地電容。令人驚訝的是,如此小的一點電容,仍會產(chǎn)生問題。CISPR B 類(適用于住宅設(shè)備)輻射規(guī)定允許 1 MHz 下 46 dBuV (200 uV) 信號的 50 電源阻抗。這也就是說,僅允許 4 uA 的電流。如果轉(zhuǎn)換器在 100 kHz 下對 Q2 漏極的 200 Vpk-pk 方波進(jìn)行開關(guān)操作,則基準(zhǔn)電壓約為 120 伏峰值。由于諧波隨頻率降低而成比例下降,因此 1MHz 下會有約 9 Vrms.我們可以利用它來計算允許電容,得到約 0.1pF,即 100 fF(相當(dāng)于 1 MHz 下 2 兆歐阻抗),其為這個節(jié)點完全可能的電容量。另外,還存在電路接地其余部分的電容,其為共模電流提供了一條返回通路,如圖 1 所示 C_Stray2.

電源設(shè)計小貼士:非隔離式電源的共模電流

圖 1 僅100 fF的開關(guān)節(jié)點電容卻產(chǎn)生了 EMI 問題

  在 LED 燈應(yīng)用中,沒有基底連接,只有熱和絕緣,因此共模 EMI 濾波便成為問題。這是因為電路為高阻抗。它可以由一個與 2 兆歐容抗串聯(lián)的 9 Vrms 電壓源表示(如圖 2 所示),無法增加阻抗來減少電流。要想降低 1MHz 下的輻射,您需要降低電壓,或者減小寄生電容。降低電壓共有兩種辦法:顫動調(diào)諧或者上升時間控制。顫動調(diào)諧通過改變電源的工作頻率來擴(kuò)展頻譜范圍。

電源設(shè)計小貼士:非隔離式電源的共模電流

圖 2 100 fF可導(dǎo)致超出 EMI 限制

  要討論顫動調(diào)諧,首先請閱讀《小貼士 8》(2009 年 2 月)。上升時間控制通過降低電源的開關(guān)速度來限制高頻譜,最適合解決 10MHz 以上的 EMI 問題。減小開關(guān)節(jié)點的寄生電容很容易,只需最小化蝕刻面積或者使用屏蔽材料。該節(jié)點到整流電源線路的電容,不會形成共模電流,因此您可以將導(dǎo)線埋入多層型印制線路板 (PWB),從而減少大量不需要的電容。但是,您無法徹底消除它,因為 FET 漏極和電感仍然余留有電容。圖 2 給出了一幅曲線圖,引導(dǎo)您逐步計算 EMI 頻譜。第一步是計算電壓波形(紅色)的頻譜。通過計算漏電壓波形的傅里葉級數(shù),或者只需計算基本分量然后對包線取近似值(1除以調(diào)和數(shù)和基本分量),便可完成上述計算。在高頻完成進(jìn)一步的調(diào)節(jié)(1/ (pi *上升時間)),如7MHz以上頻率所示。下一步,用該電壓除以寄生電容的電抗。有趣的是,低頻輻射為扁平穩(wěn)定狀態(tài),直到頻率穿過由上升時間設(shè)定的極點為止。最后,CISPR B 類規(guī)定也被繪制成圖。僅 0.1 pF 的寄生電容和一個高壓輸入,輻射就已接近于規(guī)定值。

  EMI 問題也存在于更高的頻率,原因是輸入線路傳輸共振引起的電路共振和輻射。共模濾波可以幫助解決這些問題,因為在 C_Stray2存在大量的電容。例如,如果電容大小為 20 pF,則其在 5MHz 下阻抗低于 2 K-Ohms.我們可以在電路和50 Ohm 測試電阻器之間增加阻抗足夠高的共模電感,以降低測得輻射。更高頻率時,也是如此。

  總之,使用高壓、電源時,共模電流會使 EMI 輻射超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。在一些雙線式設(shè)計中(無基底連接),解決這個問題尤其困難,因為有許多高阻抗被包含在內(nèi)。解決這個問題的最佳方法是最小化寄生電容,并對開關(guān)頻率實施高頻脈動。頻率更高時,電路其余部分的分散電容的阻抗變小,因此共模電感可以同時降低輻射發(fā)射和傳導(dǎo)發(fā)射。



評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉