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开关电源EMI形成原因及常用抑制方法

2014-06-18 09:22
默菲
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  1.4输出整流二极管产生的干扰

  理想的二极管在承受反向电压时截止,不会有反向电流通过。而实际二极管正向导通时,PN结内的电荷被积累,当二极管承受反向电压时,PN结内积累的电荷将释放并形成一个反向恢复电流,它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。反向恢复电流在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强烈的高频衰减振荡。因此,输出整流二极管的反向恢复噪声也成为开关电源中一个主要的干扰源。可以通过在二极管两端并联RC缓冲器,以抑制其反向恢复噪声。

  1.5分布及寄生参数引起的开关电源噪声

  开关电源的分布参数是多数干扰的内在因素,开关电源和散热器之间的分布电容、变压器初次级之间的分布电容、原副边的漏感都是噪声源。共模干扰就是通过变压器初、次级之间的分布电容以及开关电源与散热器之间的分布电容传输的。其中变压器绕组的分布电容与高频变压器绕组结构、制造工艺有关。可以通过改进绕制工艺和结构、增加绕组之间的绝缘、采用法拉第屏蔽等方法来减小绕组间的分布电容。而开关电源与散热器之间的分布电容与开关管的结构以及开关管的安装方式有关。采用带有屏蔽的绝缘衬垫可以减小开关管与散热器之间的分布电容。

  如图4所示,在高频工作下的元件都有高频寄生特性[2],对其工作状态产生影响。高频工作时导线变成了发射线、电容变成了电感、电感变成了电容、电阻变成了共振电路。观察图4中的频率特性曲线可以发现,当频率过高时各元件的频率特性产生了相当大的变化。为了保证开关电源在高频工作时的稳定性,设计开关电源时要充分考虑元件在高频工作时的特性,选择使用高频特性比较好的元件。另外,在高频时,导线寄生电感的感抗显著增加,由于电感的不可控性,最终使其变成一根发射线。也就成为了开关电源中的辐射干扰源。

开关电源的电磁干扰解决方法

  图4高频工作下的元件频率特性

  2开关电源EMI抑制措施

  电磁兼容的三要素是干扰源、耦合通路和敏感体,抑制以上任何一项都可以减少电磁干扰问题。开关电源工作在高电压大电流的高频开关状态时,其引起的电磁兼容性问题是比较复杂的。但是,仍符合基本的电磁干扰模型,可以从三要素入手寻求抑制电磁干扰的方法。

  2.1抑制开关电源中各类电磁干扰源

  为了解决输入电流波形畸变和降低电流谐波含量,开关电源需要使用功率因数校正(PFC)技术。PFC技术使得电流波形跟随电压波形,将电流波形校正成近似的正弦波。从而降低了电流谐波含量,改善了桥式整流电容滤波电路的输入特性,同时也提高了开关电源的功率因数。

  软开关技术是减小开关器件损耗和改善开关器件电磁兼容特性的重要方法。开关器件开通和关断时会产生浪涌电流和尖峰电压,这是开关管产生电磁干扰及开关损耗的主要原因。使用软开关技术使开关管在零电压、零电流时进行开关转换可以有效地抑制电磁干扰。使用缓冲电路吸收开关管或高频变压器初级线圈两端的尖峰电压也能有效地改善电磁兼容特性。

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