输入滤波器对20MHz以下噪声抑制有明显的效果。理想输入滤波器是低通滤波器,但实际上是带阻滤波器
当开关电源频率增加时,所需的共模电感可大大减小,共模电感体积也减小。但是,开关电源在20MHz以上频带的辐射噪声份量有所增加,给辐射骚扰的达标带来麻烦。开关频率和共模电感的关系如表3所列。
由于共模电感线圈存在寄生电容,高频噪声成分经过寄生电容向外发射骚扰,故使用单个大感量共模电感不容易达到好的高频滤波效果,一般采用两个共模电感,同样的电感量抑制高频噪声很见效,将有6dB以上的差值。
Cx电容器高频阻抗频率特性是一个关系电磁骚扰抑制效果的重要参数。电容器在高频使用时等效为r(等效串联电阻)+c+L(等效串联电感)电路。由于电容器自身的固有电感(即等效串联电感)存在,在频率低的范围,电容器电抗呈容性,在频率高的范围,电容器电抗呈感性,这时抑制骚扰的能力就明显下降。电容器的固有引线电感越小和骚扰源的高频内阻抗越大,则抑制骚扰的效果越好。
首先,从电磁骚扰源产生的机理人手,查找辐射骚扰源的所在,从根本上降低其产生辐射骚扰噪声的电平。在输出电压比较低的情况下,输出整流器和平滑电路的干扰可能比较
严重+通过减小环路面积可以抑制di/dt环路产生的磁场辐射。整流及续流二极管工作在高频开关状态,也是个高频骚扰源。二极管的引线寄生电感、结电容的存在以及反向恢复电流的影响,使之工作在很高的电压及电流变化率下,且产生高频振荡,二极管反向恢复的时间也越长,则尖峰电流的影响也越大。
C4及Cs的引线和连接地引线应尽量短,以使接地阻抗尽量小,噪声能经过电容旁路到地线,C4及C5取较大电容量滤波效果好,但是,随着电容量的增加泄漏电流也增加了,而泄漏电流值是电气安全中的重要指标,决不允许超过规定数值一一般的漏电流限制是3.5 mA,此桌面式塑壳开关电源属手持式设备,最大漏电流限制为O.75 mA,实测值为O.55mA。
电源输入线缆要短,滤波器尽量靠近输入端口,避免滤波器输入输出发生耦合,而失去滤波作用。接地尽量简短可靠,减小高频阻抗,使干扰有效旁路。经过数次整改后,得到满意的结果如图7所示。
2.3辐射骚扰的抑制
辐射骚扰足指由任何部件、天线、电缆或连接线辐射的电磁干扰。
通常在电路元件布局上,应尽量使输入交流和输出直流插座(包括引线)分开并远离。采用一端输入另一端输出是.种合理的布局。但考虑电源内部散热通风,该电源采用图2的散热结构。不可回避的问题是输入输出线缆之间可能发生空间耦合,当有高频传导电流通过时就会产生强烈的辐射。
首先,从电磁骚扰源产生的机理入手,查找辐射骚扰源的所在,从根本上降低其产生辐射骚扰噪声的电平。在输出电压比较低的情况下,输出整流器和平滑电路的干扰可能比较严重,通过减小环路面积可以抑制di/dt环路产生的磁场辐射。整流及续流二极管工作在高频开关状态,也是个高频骚扰源。二极管的引线寄生电感、结电容的存在以及反向恢复电流的影响,使之工作在很高的电压及电流变化率下,且产生高频振荡,二极管反向恢复的时间也越长,则尖峰电流的影响也越大。
铁氧体磁环和磁珠使用方便,价格便宜,抑制电磁干扰效果明显。铁氧体电感的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路,L和R都是频率的函数。电阻值随着频率增加而增加,这样就构成了一个低通滤波器。低频时R很小,L起丰要作用,电磁干扰被反射而受到抑制;高频时R增大,电磁干扰被吸收并转换成热能,使高频干扰大大衰减。不同的铁氧体抑制元件,有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高,抑制的频率就越低。此外,铁氧体的体积越大,抑制效果越好。在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好,内径越小抑制效果也越好。铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入、输出电路,则应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。
整流二极管使用肖特基二极管,其阳极套铁氧体磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5),直流输出线缆用铁氧体磁环绕(φ13.5×φ7.5×7)2.5圈且靠近出口处。整改后辐射干扰最大处下降了约lOdB,但40MHz和100 MHz处余量较小,准峰值测试仅有5dB裕量。考虑到认证过程繁琐,周期长,而且各个认证检测服务中心之间允许有2~3dB的误差,产品的预测应在6dB以上的裕量为合适,如图8所示。
铁氧体磁珠、铁氧体磁环的使用对骚扰源噪声的抑制有了较大改善,如仍还不能满足要求,只好采用屏蔽措施,在输入输出之间用2mm厚的铝板隔离,以切断通过空间耦合形成的电磁噪声传播途径。结果辐射骚扰噪声裕量达到了12dB以上,抑制噪声效果相当明显。通过以上措施大3m法电波暗室与IOm法电波暗室测试规定限值的转换:由于标准GB9254认定ITE(信息技术设备)在10m测量距离处得到辐射骚扰限值,而较多的EMC检测服务中心是在3m电波暗室内测试,因为场强大小与距离成反比,所以在3m法中测得的噪声电平比在10m法时的噪声电平值要下降10 dB。
图4、图8、图9是由3m法电波暗室测得,其辐射骚扰限值为30~230MHz准峰值限值40dB,230~1000MHz准峰值限值47dB。图10是由10m法电波暗室测得,图9与图lO比较,辐射噪声波形相差不多。仅在儿个频率点的噪声电平略有增加。
3 结语
经过以上的整改后,再次测试l80W电源的电磁兼容完全达到了设计要求。在电源设计初期解决EMI问题,结构尚未定型,可选用的方法多,有利于降低成本。
除以上所述的抑制措施外,还有其它一些方案,但设计方案都要兼顾电源成本。
与EMI相关的因素多且复杂,仅做到上述的几点是远远不够的,还有接地技术、PCB布局走线等都是很重要的。电磁兼容的设计任重而道远,我们要不断进行研究,以使我国的电子产品电磁兼容水平与国际同步。
本文关键字:开关电源 开关电源技术,电源动力技术 - 开关电源技术
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