【開關(guān)電源電磁干擾抑制技術(shù)】

產(chǎn)品知識(shí)

開關(guān)電源電磁干擾抑制技術(shù)

    開關(guān)電源的EMI抑制技術(shù)除屏蔽、接地等常用方法外，一些新技術(shù)，如:EMI濾波器技術(shù)、共模干擾有源抑制技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)、功率管優(yōu)化驅(qū)動(dòng)技術(shù)、擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)等均有研究和發(fā)展。
1.濾波技術(shù)
    在設(shè)計(jì)和選用濾波器時(shí)應(yīng)注意頻率特性、耐壓性能、額定電流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。濾波器的安裝正確與否對(duì)其插入損耗特性影響很大，只有安裝位置恰當(dāng)，安裝方法正確，才能對(duì)干擾起到預(yù)期的濾波作用。在安裝濾波器時(shí)，應(yīng)考慮安裝位置，輸入輸出側(cè)的配線須屏蔽隔離以及高頻接地和搭接方法。
1.1 無(wú)源濾波器技術(shù)抑制傳導(dǎo)干擾
開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI以傳導(dǎo)干擾為主，抑制傳導(dǎo)EMI有效的方法是無(wú)源濾波技術(shù)，即EMI濾波技術(shù)。EMI電源濾波器允許直流或工頻信號(hào)通過(guò)，對(duì)頻率較高的其他信號(hào)有較大的衰減作用。對(duì)于電源輸入末端加EMI濾波器，若濾波器的性能不良、濾波頻段選擇不當(dāng)、電路布線不合理、分布參數(shù)產(chǎn)生影響等均可導(dǎo)致傳導(dǎo)干擾電壓過(guò)大，可通過(guò)選擇品質(zhì)優(yōu)良濾波器、陷波器以及精心布線來(lái)抑制電源輸入端的干擾電壓。對(duì)于開關(guān)電源輸出電壓端，通常也加濾波器和鐵氧體磁環(huán)來(lái)抑制輸出電壓端的射頻干擾。無(wú)源濾波器是由電感、電容、電阻元件組成的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)，以抑制并衰減干擾信號(hào)沿線路的傳播。對(duì)于開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，電源線是電磁干擾傳入、傳出設(shè)備的主要途徑。為防止這兩種情況的發(fā)生，須在設(shè)備的電源接口安裝無(wú)源濾波器。它只允許電源頻率通過(guò)，而對(duì)高于電源頻率的電磁干擾將進(jìn)行很大的衰減。無(wú)源濾波器的直接作用是解決傳導(dǎo)發(fā)射。但由于電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線的輻射發(fā)射，因此無(wú)源濾波器對(duì)減小設(shè)備的輻射發(fā)射也十分重要。
   在普通的濾波器中，往往僅安裝一個(gè)共模扼流圈，利用其漏電感產(chǎn)生適量的差模電感，起到對(duì)差模電流的抑制作用。有時(shí)，設(shè)計(jì)者可人為地增加共模扼流圈的漏電感，提高差模電感量。共模扼流圈的電感量范圍為一到數(shù)十mH，具體取決于要濾除的干擾頻率(頻率越低，需要的電感量越大)。
1.2 有源濾波技術(shù)抑制共模干擾
    共模干擾的有源濾波技術(shù)是一種從噪聲源采取措施抑制共模干擾的方法。其基本思路是設(shè)法從主回路中取出一個(gè)與EMI信號(hào)大小相等、相位相反的補(bǔ)償信號(hào)，去平衡原來(lái)的EMI信號(hào)，以達(dá)到降低EMI水平的目的。它是利用晶體管的電流放大作用，通過(guò)把發(fā)射極的電流折合到基極，在基極回路來(lái)濾波。R1，c2組成的濾波器使基極紋波很小，這樣射極紋波也很小。由于C2的容量小于C3，減少了電容的體積。這種方式僅適合低壓小功率電源的情況。
2.屏蔽技術(shù)
    屏蔽是抑制開關(guān)電源輻射騷擾的有效辦法。屏蔽一般分為兩種：一種是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的影響；另一種是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場(chǎng)、磁場(chǎng)以及交變電磁場(chǎng)的影響。采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如，功率開關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時(shí)需要導(dǎo)熱性能好的絕緣片進(jìn)行絕緣，這就使器件與底板和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容，開關(guān)電源的底板是交流電源的地線，因而通過(guò)器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產(chǎn)生共模干擾，解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，割斷了射頻干擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射，電磁干擾對(duì)其他電子設(shè)備的影響，可按照對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩，然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體，就能對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。
3.軟開關(guān)技術(shù)
    近年來(lái)，軟開關(guān)技術(shù)引起興趣，先后提出了諧振變換器、準(zhǔn)諧振變換器、零開關(guān)PWM變換器、零轉(zhuǎn)換PWM變換器等多種軟開關(guān)技術(shù)。零開關(guān)PWM變換器利用諧振實(shí)現(xiàn)換相，換相完畢后，仍采用PWM工作方式，從而，既能克服硬開關(guān)PWM在開關(guān)過(guò)程中的缺陷，又能保留硬開關(guān)PWM變換器的低穩(wěn)態(tài)損耗和低穩(wěn)態(tài)應(yīng)力的優(yōu)點(diǎn)。通常認(rèn)為，軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用有助于電磁干擾水平的降低，但軟開關(guān)技術(shù)中通常需要增加輔助開關(guān)電路，這些高 di/dt 和 du/dt 的支路對(duì)電網(wǎng)入線側(cè)的近場(chǎng)干擾勢(shì)必增加電路的EMI。因此，目前不能認(rèn)定采用軟開關(guān)技術(shù)就一定可以改善開關(guān)電源的EMI電平，須做進(jìn)一步的研究。
4.擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)
    對(duì)于一個(gè)周期信號(hào)尤其是方波來(lái)說(shuō)，其能量主要分布在基頻信號(hào)和諧波分量中，諧波能量隨頻率的增加呈級(jí)數(shù)降低。由于n次諧波的帶寬是基頻帶寬的n倍，通過(guò)擴(kuò)頻技術(shù)將諧波能量分布在一個(gè)更寬的頻率范圍上。由于基頻和各次諧波能量減少，其發(fā)射強(qiáng)度也應(yīng)該相應(yīng)降低。要在開關(guān)電源中采用擴(kuò)頻時(shí)鐘信號(hào)，需要對(duì)該電源開關(guān)脈沖控制電路輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，形成擴(kuò)頻時(shí)鐘。與傳統(tǒng)的方法相比，采用擴(kuò)頻技術(shù)優(yōu)化開關(guān)電源EMI既高效又可靠，無(wú)需增加體積龐大的濾波器件和繁瑣的屏蔽處理，也不會(huì)對(duì)電源的效率帶來(lái)任何負(fù)面影響。
5.PCB設(shè)計(jì)技術(shù)
    印制電路板(PCB)抗干擾技術(shù)主要包括PCB布局、布線和接地，其目的是減少PCB的電磁輻射和PCB上電路間的串?dāng)_。減少輻射干擾的關(guān)鍵是減少通路面積，即開關(guān)電源的元器件在布局上要緊密排列印制電路板布線間的電磁耦合通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，布線時(shí)，應(yīng)注意對(duì)電場(chǎng)與磁場(chǎng)耦合的抑制，盡量增大線間距離，降低敏感線路的輸入阻抗，減小干擾源和敏感電路的環(huán)路面積，采用靜電屏蔽等。
6.接地技術(shù)
    接地是指在系統(tǒng)的某個(gè)選定點(diǎn)與某個(gè)接地面之間建立導(dǎo)電的通路設(shè)計(jì)。良好的接地不僅可以保障人身和設(shè)備的安全，還可以很好地抑制電磁干擾。接地和屏蔽正確結(jié)合起來(lái)可以解決大部分的EMI問(wèn)題。例如，靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場(chǎng)的干擾；電磁屏蔽用的導(dǎo)體原則上可以不接地，但不接地的屏蔽導(dǎo)體時(shí)常增強(qiáng)靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng)，所以仍以接地為好，這樣使電磁屏蔽能同時(shí)發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連，可為信號(hào)回路提供穩(wěn)定的參考電位。因此，系統(tǒng)中的安全保護(hù)地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后，最終都與大地相連。

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