開關(guān)電源EMI設(shè)計(jì)小結(jié)

1.開關(guān)電源的EMI源

　　開關(guān)電源的EMI干擾源集中體現(xiàn)在功率開關(guān)管、整流二極管、高頻變壓器等,外部環(huán)境對開關(guān)電源的干擾主要來自電網(wǎng)的抖動(dòng)、雷擊、外界輻射等.

(1)功率開關(guān)管

　　功率開關(guān)管工作在ON-Off快速循環(huán)轉(zhuǎn)換的狀態(tài),dv/dt和di/dt都在急劇變換,因此,功率開關(guān)管既是電場耦合的主要干擾源,也是磁場耦合的主要干擾源.

(2)高頻變壓器

　　高頻變壓器的EMI來源集中體現(xiàn)在漏感對應(yīng)的di/dt快速循環(huán)變換,因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源.

(3)整流二極管

　　整流二極管的EMI來源集中體現(xiàn)在反向恢復(fù)特性上,反向恢復(fù)電流的斷續(xù)點(diǎn)會在電感(引線電感、雜散電感等)產(chǎn)生高dv/dt,從而導(dǎo)致強(qiáng)電磁干擾.

(4)PCB

　　準(zhǔn)確的說,PCB是上述干擾源的耦合通道,PCB的優(yōu)劣,直接對應(yīng)著對上述EMI源抑制的好壞.

2.開關(guān)電源EMI傳輸通道分類

(一). 傳導(dǎo)干擾的傳輸通道

　　(1)容性耦合

　　(2)感性耦合

　　(3)電阻耦合

　　a.公共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合

　　b.公共地線阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合

　　c.公共線路阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合

(二). 輻射干擾的傳輸通道

　　(1)在開關(guān)電源中,能構(gòu)成輻射干擾源的元器件和導(dǎo)線均可以被假設(shè)為天線,從而利用電偶極子和磁偶極子理論進(jìn)行分析;二極管、電容、功率開關(guān)管可以假設(shè)為電偶極子,電感線圈可以假設(shè)為磁偶極子;

　　(2)沒有屏蔽體時(shí),電偶極子、磁偶極子,產(chǎn)生的電磁波傳輸通道為空氣(可以假設(shè)為自由空間);

　　(3)有屏蔽體時(shí),考慮屏蔽體的縫隙和孔洞,按照泄漏場的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析處理.

3.開關(guān)電源EMI抑制的9大措施

　　在開關(guān)電源中,電壓和電流的突變,即高dv/dt和di/dt,是其EMI產(chǎn)生的主要原因.實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)技術(shù)措施主要基于以下兩點(diǎn):

　　(1)盡量減小電源本身所產(chǎn)生的干擾源,利用抑制干擾的方法或產(chǎn)生干擾較小的元器件和電路,并進(jìn)行合理布局;

　　(2)通過接地、濾波、屏蔽等技術(shù)抑制電源的EMI以及提高電源的EMS.

　　分開來講,9大措施分別是:

　　(1)減小dv/dt和di/dt(降低其峰值、減緩其斜率)

　　(2)壓敏電阻的合理應(yīng)用,以降低浪涌電壓

　　(3)阻尼網(wǎng)絡(luò)抑制過沖

　　(4)采用軟恢復(fù)特性的二極管,以降低高頻段EMI

　　(5)有源功率因數(shù)校正,以及其他諧波校正技術(shù)

　　(6)采用合理設(shè)計(jì)的電源線濾波器

　　(7)合理的接地處理

　　(8)有效的屏蔽措施

　　(9)合理的PCB設(shè)計(jì)

4.高頻變壓器漏感的控制

　　高頻變壓器的漏感是功率開關(guān)管關(guān)斷尖峰電壓產(chǎn)生的重要原因之一,因此,控制漏感成為解決高頻變壓器帶來的EMI首要面對的問題.

　　減小高頻變壓器漏感兩個(gè)切入點(diǎn):電氣設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)!

　　(1)選擇合適磁芯,降低漏感.漏感與原邊匝數(shù)平方成正比,減小匝數(shù)會顯著降低漏感.

　　(2)減小繞組間的絕緣層.現(xiàn)在有一種稱之為“黃金薄膜”的絕緣層,厚度20~100um,脈沖擊穿電壓可達(dá)幾千伏.

　　(3)增加繞組間耦合度,減小漏感.

5.高頻變壓器的屏蔽

　　為防止高頻變壓器的漏磁對周圍電路產(chǎn)生干擾,可采用屏蔽帶來屏蔽高頻變壓器的漏磁場.屏蔽帶一般由銅箔制作,繞在變壓器外部一周,并進(jìn)行接地,屏蔽帶相對于漏磁場來說是一個(gè)短路環(huán),從而抑制漏磁場更大范圍的泄漏.

　　高頻變壓器,磁心之間和繞組之間會發(fā)生相對位移,從而導(dǎo)致高頻變壓器在工作中產(chǎn)生噪聲(嘯叫、振動(dòng)).為防止該噪聲,需要對變壓器采取加固措施:

　　(1)用環(huán)氧樹脂將磁心(例如EE、EI磁心)的三個(gè)接觸面進(jìn)行粘接,抑制相對位移的產(chǎn)生;

　　(2)用“玻璃珠”(Glass beads)膠合劑粘結(jié)磁心,效果更好.