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开关电源电磁干扰的抑制措施

作者:power   来源:网络   点击:    日期:2008-11-28    

开关电源电磁干扰的抑制措施

随着开关电源的备受青睐和对电子产品电磁兼容(EMC)的日益重视,抑制开关电源的电磁干扰、提高电子产品的质量以符合有关电磁兼容性标准或产品规范,已成为电子产品特别是电源设计工程师必须考虑的问题。

开关电源作为能量的转换装置,其电压、电流的的变化范围很宽,产生的干扰强度也很大,同时开关电源产生的频率范围非常宽,从几十kHZ到上百MHZ。因此,如果对开关电源应用不当,开关电源本身就会变成一个干扰源。下面讨论开关电源的传导干扰和辐射干扰的抑制方法。

1.传导干扰的抑制方法

开关电源产生的电磁干扰以传导为主,而传导干扰又分为差模干扰和共模干扰两种:差模干扰是指存在于相线和中线之间的干扰信号,共模干扰是指各相线和中线和地之间的干扰信号。

解决开关电源的传导干扰可从三方面入手。第一,查找开关电源的干扰源,抑制干扰源产生的干扰频率;第二,找出干扰源和受干扰电路,切断干扰信号的传播途径;第三,找到受干扰电路,增强其抗干扰能力。在解决开关电源的电磁干扰问题时,可以综合运用上述三种方法,达到解决电磁干扰的目的。

抑制开关电源电磁干扰信号的措施有多种,除了正确选择半导体器件外,对开关电源电路采取屏蔽、滤波、接地的方法是行之有效的常用方法。任何电源线上的干扰信号,均可用差模信号和共模信号来表示。一般情况下,差模干扰幅度小、频率低、导致的干扰较小;共模干扰幅度大、频率高,还可以通过导线产生辐射,造成的干扰较大。因此,要削弱传导干扰,并将EMI信号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下,最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装滤波器。

根据实测得知,开关电源的主频谱在100kHz500kHz,很多EMC标准规定的传导干扰电平的极限值都是从10kHz算起。对开关电源产生的高频段干扰信号,只要选择适当的去耦电路或网络结构较为简单的滤波器,就能得到满意的效果。

在实际应用中,为有效抑制各种干扰信号,必须根据滤波器两端将要连接的干扰信号源阻抗和负载阻抗来选择该滤波器的网络结构和参数。图2是共模滤波网络的等效电路。电源的滤波电路模式确定后,再根据电源输出端阻抗和输出端电压纹波大小,确定输出端电容电感的充放电时间以及滤波电路的具体参数。输入端电容和电感不仅可用来滤除输入端电压的杂波,同时还能滤除、隔离输出端电压变化及开关电源内部振荡信号耦合到输入端的干扰。

2:共模滤波网络的等效电路。

当设计滤波电路设计时,滤波电路应尽量使输入阻抗和源阻抗、输出阻抗和负载阻抗相匹配。当滤波器两端阻抗都处于失配状态时,即图2中的Zs≠ZinZL≠Zout时,干扰信号将在其输入和输出端产生反射,从而降低了滤波器对干扰信号的衰减。因此设计电源滤波电路设计时,应考虑电路网络在最大失配情况下,滤波器对干扰信号的衰减应能满足设备的工作要求。

2.对辐射干扰的抑制

电磁辐射干扰也是通过电磁感应的方式,由带电体、电流回路及磁感应回路对外产生电磁辐射的。任何一根导体都可以看成是一根电磁感应天线,任何一个电流回路都可以看成是一个环形天线,电感线圈和滤波电容也是电磁感应辐射的重要器件。

在电路中,要完全抑制电磁干扰是不可能的,只能尽量减小电磁辐射。一般采用的抑制措施包括:(1)合理设计电路,或者采取部分屏蔽措施,可大大减轻电磁干扰的辐射;(2)尽量缩短电路引线的长度并减小电流回路的面积,是减小电磁辐射的有效方法;(3)正确使用储能滤波电容,并尽量将储能滤波电容安装在有源器件电源引线的两端;(4)每个有源器件独立供电,或单独用一个储能滤波电容供电,防止有源器件通过电源线和地线产生串扰;(5)把电源引线的地和信号源的地严格分开,或对信号引线采取双线并行对中交叉的方法,让干扰信号互相抵消,也是一种减小电磁辐射的有效方法;(6)敏感器件采用金属外壳是最好的屏蔽电磁干扰方法。

3.抑制电源电磁干扰的其它措施

在电源单元设计时,不仅要增加滤波、降低辐射干扰,还应在器件选择、结构设计、装配工艺等方面进行考虑。

滤波器必须良好屏蔽,输入滤波器应装在输入端,输出滤波器应装在输出端,并远离内部电磁辐射很强的电感器、功率开关等。滤波电路应选用高频特性好的电容器,滤波储能线圈的铁心最好采用罐型或环形,以最大程度地降低电磁场的泄漏。滤波器的输入、输出线不能交叉,一般选用低通滤波器。它具有功率大、有效抑制带宽高、体积小的特点。


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