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浅谈直流稳压电源EMI典型路径及应对方法

2017-8-18 10:35:13      点击:

直流稳压电源的主要干扰源集中在功率开关管、直流稳压电源整流二极管、高频变压器、储能滤波电感等,其引发主要有五个典型路径,如下所示:

1. 高di/dt回路产生差模辐射干扰 。

2. 高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰。

3. 差模电流的传导耦合干扰。

4. 高频变压器及其寄生电容对共模噪声的耦合干扰 。

5. 直流稳压电源整流管反向浪涌电流引起的共模干扰。

1、高di/dt回路产生差模辐射干扰

骚扰的路径为mos,变压器原边绕组到电解的环形回路。在处理无金属外壳直流稳压电源的辐射问题时,此骚扰路径显得尤为重要。依据差模环天线的预测公式,在考虑地面反射的情况下;E = 2.6 I A* f *f /D(m V/m),I为骚扰电流,A为环天线的面积,f为骚扰电流频率。

由上式可见,减小环天线辐射的办法是:降低直流稳压电源电路的工作频率;控制骚扰电流;

减小直流稳压电源电路的环路面积。在实际常用措施中,对开关管加吸收是较有效的方法,当然,能在设计时尽量减小该路径下的回路面积才是最可取的。

浅谈直流稳压电源EMI典型路径及应对方法

2、高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰。

高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰是直流稳压电源最主要的干扰源。该节点通过寄生电容对地不断充放电,寄生电容就充当了这个共模通路中的驱动电流源的角色。

开关管正常工作需要直流稳压电源散热,一般有两种直流稳压电源散热方式:通过绝缘垫片贴直流稳压电源散热器直流稳压电源散热,或者通过绝缘垫片直接贴保护地直流稳压电源散热。从平时的经验来看,第二种直流稳压电源散热方式的共模噪声明显强于第一种,所需的EMI滤波直流稳压电源电路的衰减能力也更强。

如果开关管通过直流稳压电源散热器散热,可以对直流稳压电源散热器进行接地处理以减小对保护地的共模电流。开关管通过绝缘垫贴于直流稳压电源散热器上,与直流稳压电源散热器之间形成寄生电容C1。直流稳压电源散热器由于其表面面积大,容易与机壳之间形成寄生电容C2。将直流稳压电源散热器接直流稳压电源电路地,如下图右,为共模电流提供一个回流路径(椭圆状回流路径)分流,流过的回路的共模电流将大大减小。

同理,也可以在电解负极加上一个Y电容,通过电容的高频低阻抗的特性,将共模骚扰电流以最短回路引回源端,减轻直流稳压电源输入口EMI滤波直流稳压电源电路的压力。

3、差模电流的传导耦合干扰。

该路径与1比较类似,只是发射的方式不同,1是以场的方式辐射,3是通过传导发射,影响到直流稳压电源输入口。通常是通过EMI滤波直流稳压电源电路来解决,当然在电解上并联一高频电容,也会将部分骚扰小回路引回源端。

4、高频变压器及其寄生电容对共模噪声的耦合干扰。

隔离变压器是直流稳压电源线抗干扰的一种常用措施,用以解决设备间的电气隔离,对于设备所经受的共模干扰也有一定的抑制作用。即便如此,由于绕组与绕组之间的寄生耦合,还是有较强的共模电流从原边流向副边。

通过增加原副边跨接电容的方式,控制共模电流的路径,减小共模环路面积(隔离电容提供更小环路面积的低阻抗通路,将共模电流引回源端),如下图所示。隔离电容选取时也需要注意安规耐压问题。

另外,通过对变压器的优化设计,会大大减小该路径上的共模电流,常见的手段有:减小原副边绕组的寄生电容;注意绕组排布顺序,减小高dv/dt接点与其它直流稳压电源电路的耦合;条件允许的情况下对原副边绕组间增加屏蔽层,屏蔽层接原边地。

通过优化绕组排布顺序,尽量将高dv/dt和高di/dt节点远离。在左边的绕组结构图中,A、B为原边绕组的两层,C、D为副边绕组的两层,原边绕组和副边绕组主要由最靠近的A、D两层的距离和面积决定。因此如果将A、D连接到变换器中dv/dt小的接点,则由原边耦合到副边的共模电流就小一些。

尽管增加变压器绕组间距离可以减小耦合电容,但由于与减小变压器漏感存在一定矛盾,因此单独使用这一方法有时不能达到满意的效果。长期以来在工频变压器中一直应用屏蔽绕组来降低噪声与耦合,在开关变压器中这一方法同样有效。屏蔽层的接地必须接原边地,以保证从原边流向副边的共模电流通过屏蔽层返回源端,如果接副边地的话,骚扰电流从原边,经过原边绕组与屏蔽层的分布电容,直接流向副边绕组,通过副边与原边对保护地之间的分布电容,构成回路。由于分布电容的不确定性,此共模电流的路径变得非常复杂,且回路面积大,使EMI效果变得很差。

5、直流稳压电源整流管反向浪涌电流引起的共模干扰。

可以通过增加吸收直流稳压电源电路,对直流稳压电源整流管的反向尖峰进行抑制;另外,可以采用低反向恢复电流的碳化硅器件,对于EMI也会有较明显的改善。