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开关可调直流电源电磁干扰的五大原因

2020-11-07 11:01 公司动态 已读

  开关可调直流电源电磁干扰本质原因是工作过程中产生的高DI/DT和高DV /DT,它们产生的浪涌电流和峰值电压构成了干扰源。工频整流滤波器中使用的大电容充放电、开关管在高频工作时的电压开关、输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。开关型直流电源的电压电流波形大多为矩形周期波,如开关管驱动波形和MOSFET漏源波形。对于矩形波,周期的倒数决定了波的基频。脉冲边缘上升时间或下降时间两倍的倒数决定了由这些边缘引起的频率成分的频率值,通常在MHz范围内,具有较高的谐波频率。所有这些高频信号都会干扰开关可调直流电源的基本信号,尤其是控制电路的基本信号。

  按噪声源的不同,可将开关式直流电源的电磁噪声分为两类。一是外部噪声,例如共模和差动模噪声通过电网传输,外部电磁辐射对开关可调直流电源控制电路的干扰。二是开关可调直流电源本身产生的电磁噪声,如开关管和整流管电流峰值产生的谐波和电磁辐射干扰。

开关可调直流电源电磁干扰的五大原因

  在EMI/EMC设计中,一方面,我们应该防止开关可调直流电源对电网造成干扰和附近的电子设备,另一方面,我们应该加强开关可调直流电源电磁干扰环境的适应性。下面详细分析了开关可调直流电源产生噪声的原因和途径。

  一、可调直流电源线引入的电磁噪声

  可调直流电源线噪声是由电网中各种电气设备产生的电磁干扰引起的。可调直流电源线噪声可分为共模干扰和差动模干扰两类。共模干扰被定义为任何载流导体与参考地之间的不需要的电位差。差模干涉被定义为任意两种载流导体之间不需要的电位差。

  二、输入电流畸变引起的噪声

  开关可调直流电源的输入一般采用桥式整流和电容滤波整流可调直流电源。如图3所示,在输入阶段没有PFC功能,二极管的导通角变得越来越小的非线性整流二极管和滤波电容器的储能效果,我变成一个周期的输入电流峰值电流和很短的时间内一个高峰值。畸变电流不仅含有基波分量,而且含有丰富的高谐波分量。这些高次谐波分量被注入电网,对电网内其他电器造成严重的谐波污染和干扰。为了控制可切换直流电源对电网的污染,实现高功率因数,PFC电路是不可缺少的组成部分。

  三、开关管及变压器产生的干扰

  主开关管是开关可调直流电源的核心部件,也是干扰源。其工作频率与电磁干扰强度直接相关。随着开关频率的增加,开关电压和开关电流的开关速度加快,传导干扰和辐射干扰也增加。此外,主开关管上的反并联箝位二极管反向恢复不好,或电压尖峰吸收电路的参数选择不当,也会造成电磁干扰。

  四、输出整流二极管引起的干扰

  理想的二极管在受到反向电压时断开,而没有反向电流通过它。在实际的二极管正导通中,PN结中的电荷是累积的。当二极管承受反向电压时,PN结中积累的电荷会被释放,形成反向恢复电流。其恢复到零的时间与结电容等因素有关。在漏电感等变压器分布参数的影响下,反向恢复电流会产生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可调直流电源的主要干扰源。该RC缓冲器可以并联在二极管两端,以抑制反向恢复噪声。

  五、开关可调直流电源的分布和寄生参数引起的噪声

  直流开关电源的分布参数是造成干扰最多的内部因素。可切换直流电源与散热器之间的分布电容、变压器一级之间的分布电容以及一次、二次侧的漏感都是噪声源。共模干扰通过变压器一次、二次之间的分布电容和可切换直流电源与散热器之间的分布电容传递。变压器绕组的分布电容与高频变压器绕组的结构和制造工艺有关。通过改善绕组工艺和结构,增加绕组之间的绝缘,采用法拉第屏蔽,可以降低绕组间的分布电容。开关可调直流电源与散热器之间的分布电容与开关管的结构和开关管的安装方式有关。通过使用屏蔽绝缘衬套可以减小开关管和散热器之间的分布电容。

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