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电子产品&设备开关电源系统:EMI传导输入滤波器的设计理论

导读: 实际应用中电子产品的EMC涉及面比较广;笔者的系统理论及课程再对电子设计师遇到的实际问题进行实战分析!先分析再设计;实现性价比最优化原则。

柠檬豆平台今天在常州的EMC实战讲座及四新技术研讨会针对工程师希望了解电子产品EMI-传导快速设计输入滤波器的设计细节;我详细写文给大家;

电子产品&设备开关电源系统的输入EMI低通滤波器放置在输入端对系统的电快速脉冲群也是有帮助的!

我再补充一下;今天讲的电子产品&设备的开关电源系统的EMS的图片:

电子产品&设备就开关电源系统来说!如果撇开开关电源的输入滤波器不说,

1.开关电源线路本身对脉冲群干扰的抑制作用实在是很低的,究其原因,主要在于脉冲群干扰的本质是高频共模干扰。

2.开关电源线路中的滤波电容都是针对抑制低频差模干扰而设置的,其中的电解电容对于开关电源本身的纹波抑制作用尚且不足,更不要说针对谐波成分达到60MHz以上的脉冲群干扰有抑制作用了,

3.在用示波器观察开关电源输入端和输出端的脉冲群波形时,看不出有明显的干扰衰减作用。

这样看来,就抑制开关电源所受到的脉冲群干扰来说,电子产品&设备的开关电源系统的输入滤波器是一个重要措施。

EMS的问题注意要重点注意PCB设计的问题!

1.开关电源系统线路中的高频变压器设计的好坏,对于脉冲群干扰有一定的抑制作用;

2.开关电源系统初级回路与次级电路之间的跨接电容,能为从初级回路进入次级回路的共模干扰返回初级回路提供通路,因此对于脉冲群干扰也有一定的抑制作用;

3.开关电源系统输出端共模滤波电路的设置,能对脉冲群干扰有一定抑制作用。

4.开关电源系统线路本身对脉冲群干扰没有什么抑制作用,但是如果开关电源的线路布局不佳,则更能加剧脉冲群干扰对开关电源的入侵。

特别是脉冲群干扰的本质是传导与辐射干扰的复合,即使由于输入滤波器的采用,抑制了其中的传导干扰的成分,但存在在传输线路周围的辐射干扰依然存在,依然可以透过开关电源的不良布局

(开关电源的初级或次级回路布局距离太长,就会形成了大环天线),

感应脉冲群干扰中的辐射成分,进而影响整个设备的抗干扰性能。

为什么要设计EMI低通滤波器来增加插入高频损耗?

关键点1:

共模干扰的产生:是开关电源(开关MOS,输出功率较大时MOS会增加散热器设计)与大地(测试系统的参考接地板)之间存在分布电容;开关MOS及输出整流二极管在电路中方波电压的高频分量通过分布电容传入到大地(参考接地板);这样就形成与电源线的回路。或者说;高频分量通过分布电容与电源线构成回路产生共模骚扰!

关键点2:

差模干扰的产生:主要是开关电源中开关管工作在开关状态;当开关管开通时流过电源线的电流线性上升;开关管关断时电流又突变为O;因此流过电源线的电流为高频的重复三角波脉动电流;其含有丰富的高频谐波分量;随着频率的升高该谐波分量的幅度会越来越小;因此差模骚扰是随频率的升高而降低的!

注意:随着频率的升高我们开关器件对地之间分布电容变得很关键!此时共模的干扰就变得越来越高,小的共模电流就会产生大的干扰!

这部分我可以通过EMI测试系统的CM/DM分离器就可以得到数据。

下图直观的显示共模和差模骚扰的回路路径;

如上图:开关电源系统产生的噪声包含共模噪声和差模噪声。共模干扰是由于载流导体与大地之间的电位差产生的,其特点是两条线上的杂讯电压是同电位同向的;而差模干扰则是由于载流导体之间的电位差产生的,其特点是两条线上的杂讯电压是同电位反向的。注意:通常线路上干扰电压的这两种分量是同时存在的。

如下电子产品&设备的内部电路板的结构图可以想象如果没有特定的EMI低通滤波器件我们是无法通过测试标准的!

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