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各類開關電源的電磁抗干擾設計
時間:2021-01-18 08:25:33 點擊次數(shù):1088

正確了解和把握開關電源的電磁干擾源及其產(chǎn)生機理和干擾傳播途徑,對于采取何種抗干擾措施以使設備滿足電磁兼容要求非常重要。由于干擾源有開關電源內部產(chǎn)生的干擾源和外部的干擾源,而且可以說干擾源無法消除,受擾設備也總是存在,因此可以說電磁兼容問題總是存在。

下面以隔離式DC/DC變換器為例,討論開關電源的電磁兼容性設計:

  1. DC/DC變換器輸入濾波電路的設計  

    如圖所示,FV1為瞬態(tài)電壓抑制二極管,RV1為壓敏電阻,都具有很強的瞬變浪涌電流的吸收能力,能很好的保護后級元件或電路免遭浪涌電壓的破壞。Z1為直流EMI濾波器,必須良好接地,接地線要短,最好直接安裝在金屬外殼上,還要保證其輸入、輸出線之間的屏蔽隔離,才能有效的切斷傳導干擾沿輸入線的傳播和輻射干擾沿空間的傳播。L1C1組成低通濾波電路,當L1電感值較大時,還需增加如圖所示的V1R1元件,形成續(xù)流回路吸收L1斷開時釋放的電場能,否則L1產(chǎn)生的電壓尖峰就會形成電磁干擾,電感L1所使用的磁芯最好為閉合磁芯,帶氣隙的開環(huán)磁芯的漏磁場會形成電磁干擾,C1的容量較大為好,這樣可以減小輸入線上的紋波電壓,從而減小輸入導線周圍形成的電磁場。點擊進入看圖評論DC/DC變換器輸入濾波電路2.高頻逆變電路的電磁兼容設計,如圖所示,C2C3V2V3組成的半橋逆變電路,V2V3IGBTMOSFET等開關元件,在V2V3開通和關斷時,由于開關時間很快以及引線電感、變壓器漏感的存在,回路會產(chǎn)生較高的di/dtdv/dt突變,從而形成電磁干擾,為此在變壓器原邊 兩端增加R4C4構成的吸收回路,或在V2V3兩端分別并聯(lián)電容器C5C6,并縮短引線,減小abcdghef的引線電感。在設計中,C4C5C6一般采用低感電容,電容器容量的大小取決于引線電感量、回路中電流值以及允許的過沖電壓值的大小,LI2/2=CV2/2公式求得C的大小, 其中L為回路電感,I為回路電流,△V為過沖電壓值。

     

      為減小V,就必須減小回路引線電感值,為此在設計時常使用一種叫“多層低感復合母排”的裝置,由我所申請專利的該種母排裝置能將回路電感降低到足夠小,達10nH級,從而達到減小高頻逆變回路電磁干擾的目的。

       從電磁兼容性設計角度考慮,應盡量降低開關管V2V3的開關頻率,從而降低di/dtdv/dt值。另外使用ZCSZVS軟開關變換技術能有效降 低高頻逆變回路的電磁干擾。在大電流或高電壓下的快速開關動作是產(chǎn)生電磁噪聲的根本,因此盡可能選用產(chǎn)生電磁噪聲小的電路拓撲,如在同等條件下雙管正激拓 撲比單管正激拓撲產(chǎn)生電磁噪聲要小,全橋電路比半橋電路產(chǎn)生電磁噪聲要小。增加吸收電路后開關管上的電流、電壓波形與沒有吸收回路時的波形比較。

     

     

    3.高頻變壓器的電磁兼容設計

    在高頻變壓器T1的設計時,盡量選用電磁屏蔽性較好的磁芯材料。

     

       如圖所示,C7C8為匝間耦合電路,C11為繞組間耦合電容,在變壓器繞制時,盡量減小分布電容C11,以減小變壓器原邊的高頻干擾耦合到次邊繞組。 另外為進一步減小電磁干擾,可在原、次邊繞組間增加一個屏蔽層,屏蔽層良好接地,這樣變壓器原、次邊繞組對屏蔽層間就形成耦合電容C9C10,高頻干擾 電流就通過C9C10流到大地。

    由于變壓器是一個發(fā)熱元件,較差的散熱條件必然導致變壓器溫度升高,從而形成熱輻射,熱輻射是以電磁波形式對外傳播,因此變壓器必須有很好的散熱條件。通常將高頻變壓器封裝在一個鋁殼盒內,鋁盒還可安裝在鋁散熱器上,并灌注電子硅膠,這樣變壓器即可形成較好的電磁屏蔽,還可保證有較好的散熱效果,減小電磁輻射。

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