淺析開關(guān)電源設(shè)計(jì)中產(chǎn)生電磁干擾問題
2015/8/18 8:47:17
UPS電源
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電磁干擾一直是一個(gè)讓人頭疼的問題,UPS電源的小編來聊聊,如果來解決這一個(gè)麻煩的問題。
導(dǎo)讀:開關(guān)電源發(fā)生的干擾。按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本方法是削弱噪聲發(fā)生源,或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。
按噪聲干擾源種類來分, 開關(guān)電源發(fā)生的干擾。
可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本方法是削弱噪聲發(fā)生源,或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。
另一方面也導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的EMI問題。開關(guān)電源工作時(shí),功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動(dòng)作是導(dǎo)致開關(guān)電源發(fā)生電磁干擾(EMI主要原因。開關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量。其內(nèi)部的電壓和電流波形都是非常短的時(shí)間內(nèi)上升和下降的因此,開關(guān)電源自身是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源發(fā)生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本方法是削弱噪聲發(fā)生源,或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。現(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明:
二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾
經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷,交流輸入電壓?jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓。但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知,電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng),造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。另外,由于電流是脈沖波,使電源輸入功率因數(shù)降低。
其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí),高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過。由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt
開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾
其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí),功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波。這種諧波干擾將會(huì)很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生 尖峰干擾。
交流輸入回路發(fā)生的干擾
通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳達(dá)進(jìn)來而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源發(fā)生的尖峰干擾和諧波干擾能量。通過輸入輸出線傳播時(shí),都會(huì)在空間發(fā)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過電磁輻射發(fā)生的干擾稱為輻射干擾。
其他原因
開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美,元器件的寄生參數(shù)。印刷線路板(PCB走線通常采用手工安排,具有很大的隨意性,PCB近場(chǎng)干擾大,并且印刷板上器件的裝置、放置,以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。
0.15MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾。
引起的干擾;所以這部分較強(qiáng)。0.2MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的4次諧波和Mosfet振蕩2190.5KHz基波的迭加。
0.25MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;
0.35MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;
0.39MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的8次諧波和Mosfet振蕩2190.5KHz基波的迭加引起的干擾;
1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diod振蕩11.31MHz基波引起的干擾;
如果這些你都懂了,那么相信,解決這個(gè)問題,也就不是什么困難的事情的了。
導(dǎo)讀:開關(guān)電源發(fā)生的干擾。按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本方法是削弱噪聲發(fā)生源,或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。
按噪聲干擾源種類來分, 開關(guān)電源發(fā)生的干擾。
可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本方法是削弱噪聲發(fā)生源,或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。
另一方面也導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的EMI問題。開關(guān)電源工作時(shí),功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動(dòng)作是導(dǎo)致開關(guān)電源發(fā)生電磁干擾(EMI主要原因。開關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量。其內(nèi)部的電壓和電流波形都是非常短的時(shí)間內(nèi)上升和下降的因此,開關(guān)電源自身是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源發(fā)生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本方法是削弱噪聲發(fā)生源,或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。現(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明:
二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾
經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷,交流輸入電壓?jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓。但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知,電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng),造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。另外,由于電流是脈沖波,使電源輸入功率因數(shù)降低。
其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí),高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過。由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt
開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾
其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí),功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波。這種諧波干擾將會(huì)很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生 尖峰干擾。
交流輸入回路發(fā)生的干擾
通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳達(dá)進(jìn)來而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源發(fā)生的尖峰干擾和諧波干擾能量。通過輸入輸出線傳播時(shí),都會(huì)在空間發(fā)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過電磁輻射發(fā)生的干擾稱為輻射干擾。
其他原因
開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美,元器件的寄生參數(shù)。印刷線路板(PCB走線通常采用手工安排,具有很大的隨意性,PCB近場(chǎng)干擾大,并且印刷板上器件的裝置、放置,以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。
0.15MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾。
引起的干擾;所以這部分較強(qiáng)。0.2MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的4次諧波和Mosfet振蕩2190.5KHz基波的迭加。
0.25MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;
0.35MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;
0.39MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的8次諧波和Mosfet振蕩2190.5KHz基波的迭加引起的干擾;
1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diod振蕩11.31MHz基波引起的干擾;
如果這些你都懂了,那么相信,解決這個(gè)問題,也就不是什么困難的事情的了。
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