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工程師教你開關電源電磁兼容設計全過程(圖)

作者: 時間:2014-01-12 來源:網絡 收藏
); font-family: Tahoma, Arial, sans-serif; font-size: 14px; text-align: justify; ">了解了內部及外部電磁干擾源后,我們還應知道,形成電磁干擾機理的三要素是還有傳播途徑和受擾設備。因此設計主要從以下三個方面入手:1,減小干擾源的電磁干擾能量;2,切斷干擾傳播途徑;3,提高受擾設備的抗干擾能力。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/226979.htm

正確了解和把握的電磁干擾源及其產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要求非常重要。由于干擾源有開關電源內部產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。L1、C1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V1和R1元件,形成續流回路吸收L1斷開時釋放的電場能,否則L1產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。

工程師教你開關電源電磁兼容設計全過程(圖)

DC/DC變換器輸入濾波電路

時,會形成電壓尖峰,同時當它工作在飽和狀態時,將會產生電流突變,這些都會引起電磁干擾。

2.高頻逆變電路的電磁兼容設計

如圖所示,C2、C3、V2、V3組成的半橋逆變電路,V2、V3為IGBT、MOSFET等開關元件,在V2、V3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,回路會產生較高的di/dt、dv/dt突變,從而形成電磁干擾,為此在變壓器原邊兩端增加R4、C4構成的吸收回路,或在V2、V3兩端分別并聯電容器C5、C6,并縮短引線,減小ab、cd、gh、ef的引線電感。在設計中,C4、C5、C6一般采用低感電容,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=C△V2/2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。

工程師教你開關電源電磁兼容設計全過程(圖)

開關管電流、電壓波形比較圖電磁兼容性設計角度考慮,應盡量降低開關管V2、V3的開關頻率,從而降低di/dt、dv/dt值。另外使用ZCS或ZVS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生電磁噪聲的根本,因此盡可能選用產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生電磁噪聲要小,全橋電路比半橋電路產生電磁噪聲要小。如圖所示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。

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半橋逆變電路

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,C7、C8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C9、C10,高頻干擾電流就通過C9、C10流到大地。由于變壓器是一個發熱元件,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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高頻變壓器的電磁兼容設計4. 輸出整流電路電磁兼容設計

如圖所示為輸出半波整流電路,V6為整流二極管,V7為續流二極管,由于V6、V7工作于高頻開關狀態,因此輸出整流電路的電磁干擾源主要是V6和V7,R5、C12和R6、C13分別連接成V6、V7的



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