電源中的EMI

　　高頻開(kāi)關(guān)式脈沖寬度調(diào)制(PWM)AC/DC和DC/DC電源轉(zhuǎn)換器因其效率高、體積小，現(xiàn)已成為大部分系統(tǒng)的首選電源。可是，這類(lèi)轉(zhuǎn)換器也有一個(gè)不足之處：它會(huì)在開(kāi)關(guān)頻率和諧振頻率下產(chǎn)生傳導(dǎo)性和輻射性的電磁干擾(EMI)。假如不濾除EMI電流和電壓，那它們便會(huì)損害到轉(zhuǎn)換器的電源并干擾使用同一個(gè)電源的其他設(shè)備。輻射性EMI會(huì)影響和干擾正在附近工作的設(shè)備。很多時(shí)候，EMI的影響導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器違反FCC和CISPR等訂立的規(guī)范。本文將探討目前常用的減弱EMI的解決方案，然后介紹應(yīng)用日趨增長(zhǎng)的擴(kuò)頻技術(shù)。

　　固定頻率開(kāi)關(guān)和EMI

　　在大多數(shù)的設(shè)計(jì)中，PWM轉(zhuǎn)換器在一固定的頻率下進(jìn)行開(kāi)關(guān)。這么設(shè)計(jì)有若干優(yōu)點(diǎn)，其中一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是傳導(dǎo)性EMI衰減輸入濾波器的設(shè)計(jì)比起可變頻率系統(tǒng)的衰減輸入濾波器的設(shè)計(jì)要更容易些。因?yàn)闉V波器組件無(wú)論在任何的操作條件下都可在清晰定義的頻率下處理電流。

　　然而，轉(zhuǎn)換器的輸入電流仍然可使它違反傳導(dǎo)性EMI的限制。要清楚理解這個(gè)問(wèn)題，請(qǐng)考慮圖1中的典型DC/DC反激轉(zhuǎn)換器。假設(shè)連續(xù)的傳播都不會(huì)減低其一般性，那MOSFET電流便呈現(xiàn)梯形狀，這是由于有傅里葉在開(kāi)關(guān)頻率和其諧波處滲入到了成份內(nèi)。這些傅里葉成份如果流入轉(zhuǎn)換器的電源便會(huì)超出業(yè)界規(guī)范的限制。

　　此外，由于電壓和電流波形在開(kāi)關(guān)頻率下的邊緣很尖銳，因此電源將會(huì)在開(kāi)關(guān)頻率fs和其諧波時(shí)放射出電磁能量。這些輻射性放射(即使是從一個(gè)低瓦電源放射出來(lái))可損害包含有靈敏電路的小型電子系統(tǒng)，使在附近的電路發(fā)生故障。

　　減弱EMI的幾種常規(guī)技術(shù)

　　這里有幾種方法可減弱EMI的影響。

　　對(duì)于傳導(dǎo)性EMI來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電流必須經(jīng)輸入電容和輸入EMI濾波器進(jìn)行低通濾波，使它們可在到達(dá)電源時(shí)被大幅衰減?？墒?，這種過(guò)濾并不徹底，而且經(jīng)常會(huì)遺留一定程度的開(kāi)關(guān)電流使得系統(tǒng)不能通過(guò)傳導(dǎo)性的EMI測(cè)試。

　　使用在MOSFET和二極管電源開(kāi)關(guān)中的輻射性EMI緩沖器可以減慢開(kāi)關(guān)波形的上升和下降時(shí)間，并整形諧波電流和電壓的頻譜，以使系統(tǒng)更易符合規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，緩沖器會(huì)消耗一些能量，使得輻射性放射出來(lái)的能量減少，降低電源的效率。

　　另一種減弱EMI的方法是將電源放置在一個(gè)金屬箱內(nèi)以封鎖輻射性噪聲，或可以將受影響的設(shè)備密封或與產(chǎn)生噪聲的電源隔離。這兩個(gè)方案可以相互替代，也可以一起配合使用。輻射性EMI也可通過(guò)改善電源的布局來(lái)降低。這些技術(shù)的操作原理已在圖2中說(shuō)明，當(dāng)中采用了輸入濾波器、緩沖器和金屬箱。其中C1、L1和C3組成了一個(gè)輸入濾波器，而D3和D4則組成一個(gè)箝位電路以減輕因變壓器泄漏電感而造成的電壓尖峰。分別由R2和C4以及R3和C5組成的緩沖器則分別減慢MOSFET漏源電壓的振鈴和輸出整流器電壓的振鈴。

　　上述方法都旨在減少所產(chǎn)生出來(lái)的整體EMI能量。但是除了最后一種方法外，大多數(shù)方法都會(huì)使電源供應(yīng)器的尺寸加大，成本更高和復(fù)雜性更大，效率也會(huì)降低，甚至得不償失。