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          開關(guān)電源電磁干擾抑制方法淺析

          作者: 時間:2012-09-08 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
           1 引言

            高新技術(shù)的不斷發(fā)展,電子設(shè)備的大量使用,電源作為供電部分也越來越受到人們重視。于其體積小、重量輕、效率高等特點(diǎn),正逐步取代線性電源,成為電源的主流,但是,其缺點(diǎn)——高頻工作條件下產(chǎn)生(Electromagnetic Interference,EMI)——成為不容忽視的問題,阻礙了電源的發(fā)展。

            EMI 信號占有很寬的頻率范圍,又有一定的幅度,經(jīng)過在電路、空間中的傳導(dǎo)和輻射,污染了周圍的電磁環(huán)境,影響了與其它電子設(shè)備的電磁兼容(Electromagnetic Compatibility,EMC)性。本文就的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行簡單的介紹,重點(diǎn)總結(jié)了幾種近年來提出的抑制產(chǎn)生及傳播的方法。

            2 電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理

            開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。以下按噪聲干擾源來做一說明;

            2.1 開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾

            功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時,這種諧波干擾將會很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產(chǎn)生尖峰干擾。

            2.2 二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾

            高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過,在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時,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一段時間里,電流會反向流動,致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di / dt)。

            2.3 交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

            無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,通過輸入輸出線傳播時,都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

            2.4 其他原因

            元器件的寄生參數(shù),開關(guān)電源的原理圖設(shè)計不夠完美,印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布置,具有很大的隨意性,PCB 的近場干擾大,并且印刷板上器件的安裝、放置,以及方位的不合理都會造成 EMI 干擾。

            3 開關(guān)電源 EMI 的特點(diǎn)

            作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置,開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高,產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大,干擾源主要集中在功率開關(guān)器件以及與之相關(guān)聯(lián)的散熱器和高頻變壓器上,開關(guān)頻率不高(從幾千赫茲到幾兆赫茲),主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線,具有更大的隨意性,這增加了 PCB 分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。

            4 幾種電磁干擾

            4.1 調(diào)制頻率控制

            調(diào)制頻率(Modulate Frequency)控制是通過將開關(guān)信號的能量調(diào)制分布在一個很寬的頻帶上,產(chǎn)生一系列的分立邊頻帶,則干擾頻譜可以展開,干擾能量被分成小份分布在這些分立頻段上,從而實現(xiàn)了對開關(guān)電源電磁干擾的抑制。

            其主要原理是:將主開關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)制,在主頻帶周圍產(chǎn)生一系列的邊頻帶,從而將噪聲能量分布在很寬的頻帶上,降低了干擾。這種控制方法的關(guān)鍵是對頻率進(jìn)行調(diào)制,使開關(guān)能量分布在邊頻的范圍,且幅值受調(diào)制系數(shù) β的影響(調(diào)制系數(shù) β=Δ f / fm,Δ f 為相鄰邊頻帶間隔,fm 為調(diào)制頻率),一般 β 越大調(diào)制效果越好。其控制波形如圖 1 所示。



            圖 即為一個根據(jù)調(diào)制頻率原理設(shè)計的控制電路。這種控制方法可以在不影響變換器工作特性的情況下,很好地抑制開通、關(guān)斷時的干擾。

            4.2 無源緩沖電路控制

            開關(guān)變換器中電磁干擾是在開關(guān)管開關(guān)時刻產(chǎn)生的。以整流二極管為例,在開通時,其導(dǎo)通電流不僅引起大量的開通損耗,還產(chǎn)生很大的 di / dt,導(dǎo)致電磁干擾;而在關(guān)斷時,其兩端的電壓快速升高,有很大的 dv / dt,從而產(chǎn)生電磁干擾。緩沖電路不僅可以抑制開通時的 dv / dt、限制關(guān)斷時的 dv / dt,還具有電路簡單、成本較低的特點(diǎn),因而得到了廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的緩沖電路中往往采用有源輔助開關(guān),電路復(fù)雜不易控制,并有可能導(dǎo)致更高的電壓或電流應(yīng)力,降低了可*性。因此許多新的無源緩沖器應(yīng)運(yùn)而生,以下分別予以總結(jié)介紹。

            4.2.1 二極管反向恢復(fù)電流抑制電路



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