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开关电源电磁干扰抑制技术

作者:赫杰五金 发布时间:2017-07-31
内容摘要:开关电源的EMI抑制技术除屏蔽、接地等常用方法外,一些新技术,如:EMI滤波器技术、共模干扰有源抑制技术、软开关技术、功率管优化驱动技术、扩频调制技术等均有和发展。

开关电源的EMI抑制技术除屏蔽、接地等常用方法外,一些新技术,如:EMI滤波器技术、共模干扰有源抑制技术、软开关技术、功率管优化驱动技术、扩频调制技术等均有和发展。
  1、滤波技术
  在设计和选用滤波器时应注意频率特性、耐压性能、额定电流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。滤波器的安装正确与否对其插入损耗特性影响很大,只有安装位置恰当,安装方法正确,才能对干扰起到预期的滤波作用。在安装滤波器时应考虑安装位置,输入输出侧的配线   屏蔽隔离,以及高频接地和搭接方法。
  开关电源产生的EMI以传导干扰为主,抑制传导EMI   的方法是无源滤波技术,即EMI滤波技术。EMI电源滤波器允许直流或工频信号通过,对频率较高的其他信号有较大的衰减作用。对于电源输入末端加EMI滤波器,若滤波器的性能不良、滤波频段选择不当、电路布线不合理、分布参数产生影响等均可导致传导干扰电压过大,可通过选择品质优良的滤波器、陷波器及精心布线来抑制电源输入端的干扰电压。对于开关电源输出电压端,通常也加滤波器和铁氧体磁环来抑制输出电压端的射频干扰。
  无源滤波器是由电感、电容、电阻元件组成的无源网络,以抑制并衰减干扰信号沿线路的传播。对于开关电源来说,电源线是电磁干扰传入、传出设备的主要途径。为防止这两种情况的发生,   在设备的电源接口安装无源滤波器。它只允许电源频率通过,而对高于电源频率的电磁干扰将进行很大的衰减。
  无源滤波器的直接作用是解决传导发射。但由于电源线上的传导发射会导致导线的辐射发射,因此无源滤波器对减小设备的辐射发射也十分重要。
  2、屏蔽技术
  屏蔽是抑制开关电源辐射干扰的办法。屏蔽一般分为两种,一种是静电屏蔽,主要用于防止静电场和恒定磁场的影响;另一种是电磁屏蔽,主要用于防止交变电场、磁场以及交变电磁场的影响。
  采用屏蔽技术可以地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如,功率开关管和输出二管通常有较大的功率损耗,为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘,这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容,开关电源的底板是交流电源的地线,因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰,解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割断了射频干扰向输入电网传播的途径。
  为了抑制开关电源产生的辐射,电磁干扰对其他电子设备的影响,可   按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体,就能对电磁场进行的屏蔽。
  3、软开关技术
  近年来,软开关技术引起广泛兴趣,先后提出了谐振变换器、准谐振变换器、零开关PWM变换器、零转换PWM变换器等多种软开关技术。零开关PWM变换器利用谐振实现换相,换相完毕后仍采用PWM工作方式,从而既能克服硬开关PWM在开关过程中的缺陷,又能保留硬开关PWM变换器的低稳态损耗和低稳态应力的优点。
  通常认为,软开关技术的应用有助于电磁干扰水平的降低,但软开关技术中通常需要增加辅助开关电路,这些高di/dt和du/dt的支路对电网入线侧的近场干扰势必增加电路的EMI。因此,目前不能认定采用软开关技术就   可以开关电源的EMI电平,   做进一步的。
  4、扩频调制技术
  对于一个周期信号尤其是方波来说,其能量主要分布在基频信号和谐波分量中,谐波能量随频率的增加呈级数降低。由于n次谐波的带宽是基频带宽的n倍,通过扩频技术将谐波能量分布在一个   宽的频率范围上。由于基频和各次谐波能量减少,其发射强度也应该相应降低。要在开关电源中采用扩频时钟信号,需要对该电源开关脉冲控制电路输出的脉冲信号进行调制,形成扩频时钟。与传统的方法相比,采用扩频技术优化开关电源EMI既   又可靠,无需增加体积庞大的滤波器件和繁琐的屏蔽处理,也不会对电源的效率带来任何负面影响。
  5、PCB设计技术
  印制电路板(PCB)抗干扰技术主要包括PCB布局、布线和接地,其目的是减少PCB的电磁辐射和PCB上电路问的串扰。减少辐射干扰的关键是减少通路面积,即开关电源的元器件在布局上要紧密排列印制电路板布线间的电磁耦合通过电场和磁场,布线时,应注意对电场与磁场耦合的抑制,尽量增大线间距离,降低敏感线路的输入阻抗,减小干扰源和敏感电路的环路面积,采用静电屏蔽等。
  6、接地技术
  接地是指在系统的某个选定点与某个接地面之间建立导电的通路设计。良好的接地不仅可以保障人身和设备的   ,还可以很好地抑制电磁干扰。接地和屏蔽正确结合起来可以解决大部分的EMI问题。例如,静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地,但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应,所以仍以接地为好,这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连,可为信号回路提供稳定的参考电位。因此,系统中的   保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后,   终都与大地相连。

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