3步完成电源抗干扰

3步完毕电源抗干扰开关电源的电磁噪声从噪声源来说可以分为两大类。一类是外部噪声，例如，通过电网传播过来的共模（变为差模才对有用信号导致干扰）和差模噪声、外部电磁辐射对开关电源控制电路的干扰等。另一类是开关电源自身产生的电磁噪声，如开关管和整流管的电流尖峰产生的谐波及电磁辐射干扰。下面是小编总结的电源干扰的因素及解决方案，但愿可觉得各位看官提高产品性能带来启发。外部干扰（可遇到设备与EMC不达标的产品共插排供电，电子设备无法用？）：下图所示，开关电源在受到电磁干扰的同步也对电网其她设备以及负载产生电磁干扰（如图返回噪声、输出噪声和辐射干扰）。进行开关电源EMI/EMC设计时一方面要避免开关电源对电网和附近的电子设备产生干扰，另一方面要加强开关电源自身对电磁骚扰环境的适应能力。开关电源产生电磁干扰最主线的因素，就是其在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尖峰电压形成了干扰源。工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流都是此类干扰源。开关电源中的电压电流波形大多为接近矩形的周期波，例如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。对于矩形波，周期的倒数决定了波形的基波频率；两倍脉冲边沿上升时间或下降时间的倒数决定了这些边沿引起的频率分量的频率值，典型的值在MHz范畴，而它的谐波频率就更高了。这些高频信号都对开关电源基本信号，特别是控制电路的信号导致干扰。干扰的来源任何周期性的电压和电流都能通过傅立叶分解的措施，分解为多种频率的正弦波。那么在开关电源中，这些噪音的来源是什么呢？开关电源中，由于开关器件在周期性的开合，因此，电路中的电流和电压也是周期性的在变化，那些变化的电流和电压，就是噪音的真正源头。那么有人也许会问，我的开关频率是100KHz的，但是为什么测试出来的噪音，从几百K到几百M均有呢？我们把同等有效值，同等频率的多种波形做迅速傅立叶分析：其中蓝色为正弦波、绿色为三角波、红色为方波，可以看到，正弦波只有基波分量，但是三角波和方波具有高次谐波，谐波最大的是方波。也就是说如果电流或者电压波形，是非正弦波的信号（整流器产生的高次谐波或者存在干扰），都能分解出高次谐波。干扰途径（1）外部传导及辐射开关电源重要是传导干扰，频率范畴约为10kHz30MHz。（2）功率开关管功率开关管工作在On-Off迅速循环转换的状态，且工作在微秒量级，在上升、下降时间内电流变化大、易产生射频能量，形成干扰源。（3）高频变压器高频变压器的EMI来源集中体目前漏感相应的di/dt迅速循环变换和初次级线圈之间分布电容引起的共模干扰。（4）整流二极管整流二极管的EMI来源集中体目前反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高 dv/dt，从而导致强电磁干扰。（5）散热片散热片与开关管的集电极间的绝缘片，由于其接触面积较大，绝缘片较薄，因此，两者间的分布电容在高频时不能忽视，高频电流会通过度布电容流到散热片上，再流到机壳地，产生共模千扰。（6）PCB（这个讲究太多，想理解自查吧）精确的说，PCB是上述干扰源的耦合通道，PCB的优劣，直接相应着对上述EMI源克制的好坏。干扰克制方略克制传导干扰的对策基本上10kHz150kHz、150kHz10MHz、10MHz以上三个频段来解决。10kHz150kHz范畴内重要是常态干扰，一般采用通用LC滤波器来解决。150kHz10 MHz范畴内重要是共模干扰，一般采用共模克制滤波器来解决。10MHz以上频段的对策是改善滤波器的外形以及采用电磁屏蔽措施。采用交流输入EMI滤波器一般干扰电流在导线上传播时有两种方式：共模方式和差模方式。共模干扰是载流体与大地之间的干扰：干扰大小和方向一致，存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间，重要是由du/dt产生的，di/dt也产生一定的共模干扰。而差模干扰是载流体之间的干扰：干扰大小相等、方向相反，存在于电源相线与中线及相线与相线之间。交流电源输人线上存在以上两种干扰，一般为低频段差模干扰和高频段共模干扰。在一般状况下差模干扰幅度小、频率低、导致的干扰小；共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，导致的干扰较大。若在交流电源输人端采用合适的EMI滤波器，则可有效地克制电磁干扰。电源线EMI滤波器基本原理如下图所示，其中C1、C2用来短路差模干扰电流，C3、C4则用来短路共模干扰电流，L为采用导磁率高、频率特性较佳的铁氧体磁性材料的共模扼流圈。一点接地在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会浮现闭合的接地环路,当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声,事实上很难实现“一点接地”。因此,为减少接地阻抗,消除分布电容的影响而采用平面式或多点接地,运用一种导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参照地,需要接地 的各部分就近接到该参照地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中,应分别将低频电路、高频电 路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参照点上。运用吸取回路改善开关波形开关管或二极管在开通和关断过程中，由于存在变压器漏感和线路电感，二极管存储电容和分布电容，容易在开关管集电极、发射极两端和二极管上产生尖峰电压。一般状况下采用RC/RCD吸取回路，RCD浪涌电压吸取回路如图所示。当吸取回路上的电压超过一定幅度时，各器件迅速导通，从而将浪涌能量泄放掉，同步将浪涌电压限制在一定的幅度。在开关管集电极和输出二极管的正极引线上串接可饱和磁芯线圈或微晶磁珠，材质一般为钴（Co），当通过正常电流时磁芯饱和，电感量很小。一旦电流要反向流过时，它将产生很大的反电势，这样就能有效地克制二极管VD的反向浪涌电流。运用开关频率调制技术频率控制技术是基于开关干扰的能量重要集中在特定的频率上，并具有较大的频谱峰值。如果能将这些能量分散在较宽的频带上，则可以达到减少于扰频谱峰值的目的。一般有两种解决措施：随机频率法和调制频率法。随机频率法是在电路开关间隔中加人一种随机扰动分量，使开关干扰能量分散在一定范畴的频带中。研究表白，开关干扰频谱由本来离散的尖峰脉冲干扰变成持续分布干扰，其峰值大大下降。调制频率法是在锯齿波中加人调制波（白噪声），在产生干扰的离散频段周边形成边频带，将干扰的离散频带调制展开成一种分布频带。这样，干扰能量就分散到这些分布频段上。在不影响变换器工作特性的状况下，这种控制措施可以较好地克制开通、关断时的干扰。采用软开关技术开关电源的干扰之一是来自功率开关管通/断时的du/dt，因此，减小功率开关管通/断的du/dt是克制开关电源干扰的一项重要措施。而软开关技术可以减小开关管通/断的du/dt。如果在开关电路的基本上增长一种很小的电感、电容等谐振元件就构成辅助网络。在开关过程前后引人谐振过程，使开关开通前电压先降为零，这样就可以消除开通过程中电压、电流重叠的现象，减少、甚至消除开关损耗和干扰，这种电路称为软开关电路。根据上述原理可以采用两种措施，即在开关关断前使其电流为零，则开关关断时就不会产生损耗和干扰，这种关断方式称为零电流关断;或在开关开通前使其电压为零，则开关开通时也不会产生损耗和干扰，这种开通方式称为零电压开通。在诸多状况下，不再指出开通或关断，仅称零电流开关和零电压开关，基本电路如图所示。一般采用软开关电路控制技术，结合合理的元器件布局及印制电路板布线、接地技术，对开关电源的EMI干扰具有一定的改善作用。采用电磁屏蔽措施一般采用电磁屏蔽措施都能有效地克制开关电源的电磁辐射干扰。开关电源的屏蔽措施重要是针对开关管和高频变压器而言。开关管工作时产生大量的热量，需要给它装散热片，从而使开关管的集电极与散热片间产生较大的分布电容，开关电源的底板是交流电源的地线,因而通过器件与底板之 间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰,解决这个问题的措施是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割断了射频干扰向输入电网传播的途径。针对高频变压器，一方面应根据导磁体屏蔽性质来选择导磁体构造，如用罐型铁芯和El型铁芯，则导磁体的屏蔽效果较好。变压器外加屏蔽时，屏蔽盒不应紧贴在变压器外面，应留有一定的气隙。如采用有气隙的多层屏蔽物时，所得的屏蔽效果会更好。此外，在高频变压器中，常常需要消除初、次级线圈间的分布电容，可沿着线圈的全长，在线圈间垫上铜箔制成的开路带环，以减小它们之间的耦合，这个开路带环既与变压器的铁芯连接，又与电源的地连接，起到静电屏蔽作用。如果条件容许，对整个开关电源加装屏蔽罩，那样就会更好地克制辐射干扰。结束语随着开关电源的体积越来越小、功率密度越来越大，EMI控制问题成为开关电源稳定性的一种核心因素。由上述分析可知，采用EMI滤波技术、屏蔽技术、密封技术及接地技术等，可以有效地克制、消除干扰源及受扰设备之间的祸合和辐射，切断电磁干扰的传播途径，从而提高开关电源的电磁兼容性。