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【技术分享】开关电源EMI设计经验
2021-05-20 21:14
本文摘要:1、开关电源的EMI源开关电源的EMI干扰源集中体现在功率电源管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的阻碍主要来自电网的晃动、失火、外界电磁辐射等。(1)功率电源管功率电源管工作在On-Off较慢循环切换的状态,dv/dt和di/dt都在急遽转换,因此,功率电源管既是电场耦合的主要干扰源,也是磁场耦合的主要干扰源。 (2)高频变压器高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt较慢循环转换,因此高频变压器是磁场耦合的最重要干扰源。

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1、开关电源的EMI源开关电源的EMI干扰源集中体现在功率电源管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的阻碍主要来自电网的晃动、失火、外界电磁辐射等。(1)功率电源管功率电源管工作在On-Off较慢循环切换的状态,dv/dt和di/dt都在急遽转换,因此,功率电源管既是电场耦合的主要干扰源,也是磁场耦合的主要干扰源。

(2)高频变压器高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt较慢循环转换,因此高频变压器是磁场耦合的最重要干扰源。(3)整流二极管整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上,反向恢复电流的间歇点不会在电感(引线电感、杂散电感等)产生低dv/dt,从而造成强劲电磁干扰。(4)PCB精确的说道,PCB是上述干扰源的耦合地下通道,PCB的好坏,必要对应着对上述EMI源诱导的优劣。2、开关电源EMI传输地下通道分类(一)传导阻碍的传输地下通道(1)容性耦合(2)感性耦合(3)电阻耦合a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合b.公共地线电阻产生的电阻传导耦合c.公共线路电阻产生的电阻传导耦合(二)电磁辐射阻碍的传输地下通道(1)在开关电源中,能包含电磁辐射干扰源的元器件和导线皆可以被假设为天线,从而利用电偶极子和磁偶极子理论展开分析;二极管、电容、功率电源管可以假设为电偶极子,电感线圈可以假设为磁偶极子;(2)没屏蔽体时,电偶极子、磁偶极子,产生的电磁波传输地下通道为空气(可以假设为自由空间);(3)有屏蔽体时,考虑到屏蔽体的缝隙和孔洞,按照外泄场的数学模型展开分析处置。

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3、开关电源EMI诱导的9大措施在开关电源中,电压和电流的变异,即低dv/dt和di/dt,是其EMI产生的主要原因。构建开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点:(1)尽可能增大电源本身所产生的干扰源,利用诱导阻碍的方法或产生阻碍较小的元器件和电路,并展开合理布局;(2)通过短路、滤波、屏蔽等技术诱导电源的EMI以及提升电源的EMS。分离来讲,9大措施分别是:(1)增大dv/dt和di/dt(减少其峰值、减慢其斜率)(2)压敏电阻的合理应用于,以减少浪涌电压(3)阻尼网络诱导过冲(4)使用硬完全恢复特性的二极管,以减少低频段EMI(5)有源功率因数校正,以及其他谐波校正技术(6)使用合理设计的电源线滤波器(7)合理的短路处置(8)有效地的屏蔽措施(9)合理的PCB设计4、高频变压器漏感的掌控高频变压器的漏感是功率电源管变频器尖峰电压产生的最重要原因之一,因此,掌控漏感沦为解决问题高频变压器带给的EMI首要面临的问题。

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增大高频变压器漏感两个切入点:电气设计、工艺设计!(1)自由选择适合磁芯,减少漏感。漏感与原边匝数平方成正比,增大匝数不会明显减少漏感。(2)增大绕组间的绝缘层。

现在有一种称作“黄金薄膜”的绝缘层,厚度20~100um,脉冲穿透电压可约几千叱。(3)减少绕组间耦合度,增大漏感。

5、高频变压器的屏蔽为避免高频变压器的漏磁对周围电路产生阻碍,可使用屏蔽带给屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带上一般由铜箔制作,绕行在变压器外部一周,并展开短路,屏蔽带上相对于溢磁场来说是一个短路的环,从而诱导溢磁场更大范围的外泄。高频变压器,磁心之间和绕组之间不会再次发生比较偏移,从而造成高频变压器在工作中产生噪声(啸叫、振动)。

为避免该噪声,必须对变压器采行修整措施:(1)用环氧树脂将磁心(例如EE、EI磁心)的三个接触面展开粘接,诱导比较偏移的产生;(2)用“玻璃珠”(Glassbeads)胶合剂粘合磁心,效果更佳。


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