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怎么減少開關(guān)電源間的電磁干擾?

發(fā)布時(shí)間:2019-05-20 ???? 點(diǎn)擊:

        開關(guān)電源也叫交換式電源、開關(guān)變換器,是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置,是電源供應(yīng)器的一種。其功能是將一個(gè)位準(zhǔn)的電壓,透過不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所需求的電壓或電流。開關(guān)電源的輸入多半是交流電源(例如市電)或是直流電源,而輸出多半是需要直流電源的設(shè)備,例如個(gè)人電腦,而開關(guān)電源就進(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉(zhuǎn)換?!¢_關(guān)電源不同于線性電源,開關(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開模式(飽和區(qū))及全閉模式(截止區(qū))之間切換,這兩個(gè)模式都有低耗散的特點(diǎn),切換之間的轉(zhuǎn)換會(huì)有較高的耗散,但時(shí)間很短,因此比較節(jié)省能源,產(chǎn)生廢熱較少。理想上,開關(guān)電源本身是不會(huì)消耗電能的。電壓穩(wěn)壓是透過調(diào)整晶體管導(dǎo)通及斷路的時(shí)間來達(dá)到。相反的,線性電源在產(chǎn)生輸出電壓的過程中,晶體管工作在放大區(qū),本身也會(huì)消耗電能。開關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率是其一大優(yōu)點(diǎn),而且因?yàn)殚_關(guān)電源工作頻率高,可以使用小尺寸、輕重量的變壓器,因此開關(guān)電源也會(huì)比線性電源的尺寸要小,重量也會(huì)比較輕。

  開關(guān)電源中的電磁干擾分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。通常傳導(dǎo)干擾比較好分析,可以將電路理論和數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)合起來,對電磁干擾中各種元器件的特性進(jìn)行研究;但對輻射干擾而言,由于電路中存在不同的干擾源的綜合作用,又涉及到電磁場理論,分析起來比較困難。

  傳導(dǎo)干擾可分為共模(CM)干擾和常模(DM)干擾。由于寄生參數(shù)的存在以及開關(guān)電源中開關(guān)器件的高頻開通與關(guān)斷,開關(guān)電源在其輸入端(即交流電網(wǎng)側(cè))產(chǎn)生較大的共模干擾和常模干擾。

  變換器工作在高頻情況時(shí),由于dvldt很高,激發(fā)變壓器繞組間以及開關(guān)管與散熱片間的寄生電容,從而產(chǎn)生共模干擾。

  根據(jù)共模干擾產(chǎn)生的原理,實(shí)際應(yīng)用時(shí)常采用以下幾種抑制方法:

  (1)優(yōu)化電路元器件布置,盡量減少寄生、糯合電容。

  (2)延緩開關(guān)的開通、關(guān)斷時(shí)間,但這與開關(guān)電源高頻化的趨勢不符。

  (3)應(yīng)用緩沖電路,減緩dv/dt的變化率。變換器中的電流在高頻情況下作開關(guān)變化,從而在輸人、輸出的濾波電容上產(chǎn)生很高的dv/dt,即在濾波電容的等效電感或阻抗上感應(yīng)出干擾電壓,這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生常模干擾。故選用高質(zhì)量的濾波電容(等效電感或阻抗很低)可以降低常模干擾。

  輻射干擾又可分為近場干擾[測量點(diǎn)與場源距離<λ/6(λ為干擾電磁波波長)]和遠(yuǎn)場干擾(測量點(diǎn)與場源距離>λ/6)。由麥克斯韋電磁場理論可知,導(dǎo)體中變化的電流會(huì)在其周圍空間產(chǎn)生變化的磁場,而變化的磁場又產(chǎn)生變化的電場。兩者都遵循麥克斯韋方程式。而這一變化電流的幅值和頻率決定了產(chǎn)生電磁場的大小以及其作用范圍。在輻射研究中天線是電磁輻射源,在開關(guān)電源電路中,主電路中的元器件、連線都可以認(rèn)為是天線,可以應(yīng)用電偶極子和磁偶極子理論來分析。分析時(shí),二極管、開關(guān)管、電容等可看成電偶極子;電感線圈可以認(rèn)為是磁偶極子,再以相關(guān)的電磁場理論進(jìn)行綜合分析就可以了。

  需要注意的是,不同支路的電流相位不一定相同,在磁場計(jì)算時(shí)這一點(diǎn)尤其重要。相位不同,一是因?yàn)楦蓴_從干擾源傳播到測量點(diǎn)存在時(shí)延作用(也稱遲滯效應(yīng));二是因?yàn)樵骷旧淼奶匦詫?dǎo)致相位不同。如電感中電流相位比其他元器件要滯后。遲滯效應(yīng)引起的相位滯后是信號(hào)頻率作用的結(jié)果,僅在頻率很高時(shí)作用才較明顯(如GHz級(jí)或更高);對于功率電子器件而言,頻率相對較低,故遲滯效應(yīng)作用不是很大。

  在開關(guān)電源產(chǎn)生的兩類干擾中,傳導(dǎo)干擾由于經(jīng)電網(wǎng)傳播,會(huì)對其他電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾,往往引起更嚴(yán)重的問題。常用的抑制方法有緩沖器法,減少搞合路徑法,減少寄生元件法等。近年來,隨著對電子設(shè)備電磁干擾的限制越來越嚴(yán)格,又出現(xiàn)了一些新的抑制方法,主要集中在新的控制方法與新的無源緩沖電路的設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面。


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