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電源模塊廠家教你如何抑制電磁干擾

2018-10-06

一直以來,如何抑制開關(guān)電源模塊的電磁干擾都是工程師在設(shè)計中困擾的問題。這不僅關(guān)系到其本身的可靠性,同時會影響到整個系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定性。

 

騷擾源、敏感設(shè)備與耦合途徑并稱電磁干擾三要素,對于開關(guān)電源模塊來說,噪聲的產(chǎn)生在于電流或電壓的急劇變化,即di/dtdv/dt很大,因此高功率和高頻率運作的器件都是EMI噪聲的來源。

 

解決方法都是想法設(shè)法的將干擾三要素中的一個去掉,如屏蔽騷擾源、隔離敏感設(shè)備或切斷耦合途徑。因為無法讓電磁干擾不產(chǎn)生,只能用一定的方法去減少其對系統(tǒng)的干擾,下面分析下常見的6主要來源和抑制措施。

 

1、外界干擾的耦合

輸入端是電源的入口處,內(nèi)部的噪聲也可由此傳播到外部,對外界造成干擾。常用抑制措施是在輸入加X和Y電容、差模和共模電感對噪聲和干擾進行過濾。

 

輸出端如果是有長引線的情況,電源模塊跟系統(tǒng)搭配后,內(nèi)部一些噪聲干擾可能由輸出線而耦合到外界,干擾用電設(shè)備。一般是加共模和差模濾波還可以在輸出線串套磁珠環(huán)采用雙絞線或屏蔽線,實現(xiàn)抑制EMI干擾。

 

2、開關(guān)管

電源模塊由于開關(guān)管結(jié)電容的存在,在工作時,開關(guān)管在快速開關(guān)后會產(chǎn)生毛刺和尖峰,開關(guān)管的結(jié)電容和變壓器的繞組漏感也有可能產(chǎn)生諧振而發(fā)出干擾。

 

常用的方法有:

1.開關(guān)管DG極串加磁珠環(huán),減小開關(guān)管的電流變化率,從而實現(xiàn)減小尖峰

2.在開關(guān)管處加緩沖電路或采用軟開關(guān)技術(shù),減小開關(guān)管在快速工作時的尖峰,使其電壓或電流能緩慢上升

3.減小開關(guān)管與周邊組件的壓差,開關(guān)管結(jié)電容可充電的程度會得到一定的降低

4.增大開關(guān)管的G極驅(qū)動電阻。

 

3、變壓器

變壓器是電源模塊的儲能組件,在能量的充放過程中,可能會產(chǎn)生噪聲干擾。漏感可以與電路中的分布電容組成振蕩回路,使電路產(chǎn)生高頻振蕩并向外輻射電磁能量,從而造成電磁干擾。一次繞組與二次繞組之間的電位差也會產(chǎn)生高頻變化,通過寄生電容的耦合,從而產(chǎn)生了在一次側(cè)與二次側(cè)之間流動的共模傳導EMI電流干擾

 

常用的抑制方法有:

1.變壓器加屏蔽,電屏蔽是將初級來的干擾信號與次級隔離開來。可在初、次級之間包一層銅箔內(nèi)屏蔽,但頭尾不能短路,銅箔要接地,共模傳導干涉信號通過電容-銅箔-接地形成回路,不能進入次級繞組從而起到電屏蔽的作用。

 

磁屏蔽在變壓器外部線包包首尾相連的銅箔外屏蔽。銅箔是良導體,高頻交變漏磁通穿過銅箔的時候會產(chǎn)生渦流,而渦流產(chǎn)生的磁場方向正好與漏磁通的方向相反,部分漏磁通就可以被抵消

2.采用三明治繞法,可以減少初級耦合至變壓器磁芯的高頻干擾。由于初級遠離磁芯,次級電壓低,故引起的高頻干擾小。

3.降低工作頻率,減緩能量的快速充放。

4.一次側(cè)和二次側(cè)的可靠隔離,一次側(cè)和二次側(cè)之間的地接Y電容。

5.盡量減小變壓器的漏感,改進電路的分布參數(shù),能在一定程度減小干擾。

 

4、二極管

二極管在快速截止與導通的過程中會有尖峰的產(chǎn)生,特別是整流二極管,其在反向恢復過程中,電路的寄生電感、電容會發(fā)生高頻振蕩,產(chǎn)生電磁干擾。

 

常用的抑制干擾方式有RC吸收電路,讓二極管的能量能平緩的泄放,或者在其陰極管腳套一個磁珠環(huán),使其電流不可突變以減小尖峰

 

5、儲能電感

常用的抑制干擾方式有加以屏蔽或調(diào)整其參數(shù),避免與回路的電容產(chǎn)生振蕩

 

6PCB的布局與走線

PCB是上述干擾源的耦合通道,PCB的優(yōu)劣直接對應著對上述EMI源抑制的好壞。同時板上器件的布局和布線不合理都會造成干擾。

 

布局布線需要注意以下幾點:

1.減少干擾最有效方法就是減小各個電流回路的面積磁場干擾和帶電導體的面積及長度電場干擾

2.電路中不相同的地線特別是模擬地和數(shù)字地要分開

3.PCB的電源線和地線盡可能寬,以減小線阻抗,從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲

4.對于傳輸信號的線路一定要考慮阻抗匹配