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頻開關(guān)電源電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)
更新時(shí)間:2013-05-22   點(diǎn)擊次數(shù):1589次
頻開關(guān)電源因采用脈沖寬度調(diào)制(PWM),脈沖波形呈矩形,開關(guān)管上升沿與下降沿均包含大量的諧波成分;另外,輸出整流管的反向恢復(fù)也會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。開關(guān)頻率的提減小了電源的體積和重量,但同時(shí)也導(dǎo)致了為嚴(yán)重的電磁干擾問(wèn)題,這是影響系統(tǒng)的不利因素,因而電磁兼容(EMC)設(shè)計(jì)日益受到重視。本文就用頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行了探討。
 
開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)理
開關(guān)電源之所以是個(gè)的電磁干擾源,來(lái)源于頻通斷的開關(guān)器件和輸出整流二管,以及頻變壓器及濾波電感等。
 
    1 開關(guān)管與整流管 
開關(guān)管、整流管頻通斷時(shí)所產(chǎn)生的di/dt和dv/dt是具有較大輻度的脈沖,頻帶較寬且諧波豐富,是個(gè)的干擾源。
交流輸入電壓經(jīng)功率二管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓,再經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?,但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知,電流中含有次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng),造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。另外,由于電流是脈沖波,使電源輸入功率因數(shù)降低。
頻整流回路中的整流二管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí),由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的段時(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),致使反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。
功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如,正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻負(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí),這種諧波干擾將會(huì)很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,頻變壓器繞組漏感引起的電流突變也會(huì)產(chǎn)生干擾。
   
   2 頻變壓器 
開關(guān)管負(fù)載為頻變壓器初線圈,在開關(guān)管導(dǎo)通瞬間,初線圈產(chǎn)生較大的浪涌電流和電壓;在開關(guān)管關(guān)斷瞬間,由于初線圈的漏磁通,致使部分能量沒(méi)有傳輸?shù)酱尉€圈,而是通過(guò)集電電路中的電容、電阻形成帶有的衰減振蕩,疊加在關(guān)斷電壓上,形成關(guān)斷電壓,產(chǎn)生與初線圈接通時(shí)樣的磁化沖擊電流瞬變。這個(gè)噪聲會(huì)傳導(dǎo)到輸入、輸出端,形成傳導(dǎo)騷擾,重者有可能擊穿開關(guān)管。
另外,頻變壓器初線圈、開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的頻開關(guān)電流環(huán)路可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射,形成輻射騷擾。如果電容濾波容量不足或頻特不好,電容上的頻阻抗會(huì)使頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中形成傳導(dǎo)騷擾。需要注意的是,二管整流電路產(chǎn)生的電磁騷擾中,整流二管反向恢復(fù)電流的di/dt遠(yuǎn)比續(xù)流二管反向恢復(fù)電流的di/dt大得多。作為電磁騷擾源來(lái)研究,整流二管反向恢復(fù)電流形成的騷擾強(qiáng)度大,頻帶寬。但是,整流二管產(chǎn)生的電壓跳變遠(yuǎn)小于功率開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。因此,不計(jì)整流二管產(chǎn)生的dv/dt和di/dt的影響,而把整流電路當(dāng)成電磁騷擾耦合通道的部分來(lái)研究也是可以的。 
 
   3 雜散參數(shù)影響耦合通道的特 

在傳導(dǎo)騷擾頻段,多數(shù)開關(guān)電源騷擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述的。但是,在開關(guān)電源中的個(gè)實(shí)際元器件,如電阻器、電容器、電感器乃至開關(guān)管、二管中都包含有雜散參數(shù),且研究的頻帶愈寬,等值電路的階次愈。因此,包括各元器件雜散參數(shù)和元器件間的耦合在內(nèi)的開關(guān)電源的等效電路將復(fù)雜得多。在頻時(shí),雜散參數(shù)對(duì)耦合通道的特影響很大,分布電容的存在成為電磁騷擾的通道。另外,在開關(guān)管功率較大時(shí),集電般都需加上散熱片,散熱片與開關(guān)管之間的分布電容在頻時(shí)不能忽略,它能形成面向空間的輻射騷擾和電源線傳導(dǎo)的共模騷擾。 

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