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當(dāng)前位置:深圳市楚英豪科技有限公司>>技術(shù)文章>>分析:開關(guān)電源EMC和濾波器電磁兼容整改問題對策
在現(xiàn)當(dāng)今一切的電子產(chǎn)品當(dāng)中,都離不開電源。但是,由于開關(guān)電源效率高、體積小的壓倒性優(yōu)勢,在這一切的產(chǎn)品的電源有近百分之90以上都是采用開關(guān)電源停止電壓適配,當(dāng)然另外也有一些LDO。這樣的話效率、體積或者是功用是到達(dá)了開發(fā)者的請求,但是在過認(rèn)證(EN55022、FCC part 15、GB9254)的時候就會發(fā)現(xiàn)EMC會帶來很多的困擾,例如,空間輻射測試不過,傳導(dǎo)輻射測試不過、雷擊浪涌、脈沖群……常常會由于這些問題的存在招致認(rèn)證過程的延誤,致產(chǎn)品延緩上市卻不能搶占市場。鑒于此,特搜集整理了一些關(guān)于開關(guān)電源EMI整改問題對策,供各位參考學(xué)習(xí)。如有任何問題或者疑問,大家都能夠來信一同討論。
Flyback架構(gòu)noise在頻譜上的反應(yīng):
0.15MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾;0.2MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的4次諧波和Mosfet振蕩2(190.5KHz)基波的迭加,引起的干擾;所以這部分較強;0.25MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;0.35MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;0.39MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的8次諧波和Mosfet振蕩2(190.5KHz)基波的迭加引起的干擾;1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diode振蕩1(1.31MHz)的基波引起的干擾;3.3MHz處產(chǎn)生的振蕩是Mosfet振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾;開關(guān)管、整流二極管的振蕩會產(chǎn)生較強的干擾
設(shè)計開關(guān)電源時防止EMI的措施:
1.把噪音電路節(jié)點的PCB銅箔面積最大限度地減小,如開關(guān)管的漏極、集電極、初次級繞組的節(jié)點等;
2.使輸入和輸出端遠(yuǎn)離噪音元件,如變壓器線包、變壓器磁芯、開關(guān)管的散熱片等等;
3.使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線包、未遮蔽的變壓器磁芯和開關(guān)管等等)遠(yuǎn)離外殼邊緣,因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線;
4.如果變壓器沒有使用電場屏蔽,要保持屏蔽體和散熱片遠(yuǎn)離變壓器;
5.盡量減小以下電流環(huán)的面積:次級(輸出)整流器、初級開關(guān)功率器件、柵極(基極)驅(qū)動線路、輔助整流器
6.不要將門極(基極)的驅(qū)動返饋環(huán)路和初級開關(guān)電路或輔助整流電路混在一起;
7.調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值,使它在開關(guān)的死區(qū)時間里不產(chǎn)生振鈴響聲;
8.防止EMI濾波電感飽和;
9.使拐彎節(jié)點和次級電路的元件遠(yuǎn)離初級電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片;
10.保持初級電路的擺動的節(jié)點和元件本體遠(yuǎn)離屏蔽或者散熱片;
11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端;
12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線端子;
13.使EMI濾波器對面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離;
14.在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻;
15.在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻;
16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻;
17.在PCB設(shè)計時允許放1nF/500V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻,跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間;
18.保持EMI濾波器遠(yuǎn)離功率變壓器,尤其是避免定位在繞包的端部;
19.在PCB面積足夠的情況下,可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置,RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端;
20.空間允許的話在開關(guān)功率場效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個小徑向引線電容器(米勒電容,10皮法/1千伏電容);
21.空間允許的話放一個小的RC阻尼器在直流輸出端;
22.不要把AC插座與初級開關(guān)管的散熱片靠在一起。
開關(guān)電源EMI的特點:
作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置,開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高,產(chǎn)生的干擾強度較大;干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器,相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚;開關(guān)頻率不高(從幾十千赫和數(shù)兆赫茲),主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線,具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。
1MHZ以內(nèi)----以差模干擾為主,增大X電容就可解決;
1MHZ---5MHZ---差模共?;旌?,采用輸入端并一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并解決;
5M以上---以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法。對于外殼接地的,在地線上用一個磁環(huán)繞2圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);
對于25--30MHZ不過可以采用加大對地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCBLAYOUT、輸出線前面接一個雙線并繞的小磁環(huán),最少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器;
30---50MHZ---普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起,可以用增大MOS驅(qū)動電阻,RCD緩沖電路采用1N4007慢管,VCC供電電壓用1N4007慢管來解決;
100---200MHZ---普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起,可以在整流管上串磁珠;100MHz-200MHz之間大部分出于PFCMOSFET及PFC二極管,現(xiàn)在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果,水平方向基本可以解決問題,但垂直方向就很無奈了。開關(guān)電源的輻射一般只會影響到100M以下的頻段,也可以在MOS、二極管上加相應(yīng)吸收回路,但效率會有所降低。
1MHZ以內(nèi)----以差模干擾為主
1.增大X電容量;2.添加差模電感;3.小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。
1MHZ---5MHZ---差模共?;旌?/span>
采用輸入端并聯(lián)一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并以解決。1.對于差模干擾超標(biāo)可調(diào)整X電容量,添加差模電感器,調(diào)差模電感量;2.對于共模干擾超標(biāo)可添加共模電感,選用合理的電感量來抑制;3.也可改變整流二極管特性來處理一對快速二極管如FR107一對普通整流二極管1N4007。
5M以上---以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法
對于外殼接地的,在地線上用一個磁環(huán)串繞2-3圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減作用;也可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔,銅箔閉環(huán)。處理后端輸出整流管的吸收電路和初級大電路并聯(lián)電容的大小。
對于20--30MHZ
1.對于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對地Y2電容量或改變Y2電容位置;2.調(diào)整一二次側(cè)間的Y1電容位置及參數(shù)值;3.在變壓器外面包銅箔、變壓器最里層加屏蔽層,調(diào)整變壓器的各繞組的排布;4.改變PCBLAYOUT;5.輸出線前面接一個雙線并繞的小共模電感;6.在輸出整流管兩端并聯(lián)RC濾波器且調(diào)整合理的參數(shù);7.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE;8.在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容;9.可以用增大MOS驅(qū)動電阻。
30---50MHZ普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起
1.可以用增大MOS驅(qū)動電阻;
2.RCD緩沖電路采用1N4007慢管;
3.VCC供電電壓用1N4007慢管來解決;
4.或者輸出線前端串接一個雙線并繞的小共模電感;
5.在MOSFET的D-S腳并聯(lián)一個小吸收電路;
6.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE;
7.在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容;
8.PCB心LAYOUT時大電解電容,變壓器,MOS構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的??;
9.變壓器,輸出二極管,輸出平波電解電容構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小。
50---100MHZ普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起
1.可以在整流管上串磁珠;
2.調(diào)整輸出整流管的吸收電路參數(shù);
3.可改變一二次側(cè)跨接Y電容支路的阻抗,如PIN腳處加BEADCORE或串接適當(dāng)?shù)碾娮瑁?/span>
4.也可改變MOSFET,輸出整流二極管的本體向空間的輻射(如鐵夾卡MOSFET,鐵夾卡DIODE,改變散熱器的接地點);
5.增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射。
200MHZ以上開關(guān)電源已基本輻射量很小,一般可過EMI標(biāo)準(zhǔn)。
傳導(dǎo)方面EMI對策:
傳導(dǎo)冷機時在0.15-1MHZ超標(biāo),熱機時就有7DB余量。主要原因是初級BULK電容DF值過大造成的,冷機時ESR比較大,熱機時ESR比較小,開關(guān)電流在ESR上形成開關(guān)電壓,它會壓在一個電流LN線間流動,這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個電解電容之間加一個差模電感.........
EMC硬件設(shè)計規(guī)范與濾波器使用注意事項
硬件EMC規(guī)范講解:
電磁干擾的三要素是干擾源、干擾傳輸途徑、干擾接收器。EMC就圍繞這些問題進(jìn)行研究。最基本的干擾抑制技術(shù)是屏蔽、濾波、接地。它們主要用來切斷干擾的傳輸途徑。廣義的電磁兼容控制技術(shù)包括抑制干擾源的發(fā)射和提高干擾接收器的敏感度,但已延伸到其他學(xué)科領(lǐng)域。
本規(guī)范重點在單板的EMC設(shè)計上,附帶一些必須的EMC知識及法則。在印制電路板設(shè)計階段對電磁兼容考慮將減少電路在樣機中發(fā)生電磁干擾。問題的種類包括公共阻抗耦合、串?dāng)_、高頻載流導(dǎo)線產(chǎn)生的輻射和通過由互連布線和印制線形成的回路拾取噪聲等。
在高速邏輯電路里,這類問題特別脆弱,原因很多:
1、電源與地線的阻抗隨頻率增加而增加,公共阻抗耦合的發(fā)生比較頻繁;
2、信號頻率較高,通過寄生電容耦合到步線較有效,串?dāng)_發(fā)生更容易;
3、信號回路尺寸與時鐘頻率及其諧波的波長相比擬,輻射更加顯著。
4、引起信號線路反射的阻抗不匹配問題。
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