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設(shè)計開關(guān)電源時防止電磁干擾(EMI)的三個技巧

發(fā)布時間:2024-12-13 閱讀量:1062 來源: 我愛方案網(wǎng) 作者: bebop

開關(guān)電源具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、工作穩(wěn)定、安全可靠以及穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)點,而被廣泛應(yīng)用于計算機、通信、電子儀器、工業(yè)自動控制、國防及家用電器等領(lǐng)域。但是開關(guān)電源瞬態(tài)響應(yīng)較差、易產(chǎn)生電磁干擾,且EMI信號占有很寬的頻率范圍,并具有一定的幅度。這些EMI信號經(jīng)過傳導(dǎo)和輻射方式污染電磁環(huán)境,對通信設(shè)備和電子儀器造成干擾,因而在一定程度上限制了開關(guān)電源的使用。

EMI問題說大不大,但如果不能及時發(fā)現(xiàn)并解決,后期想整改就要額外耗費大量時間和資金成本。特別對于部分中小型企業(yè)來說,異常繁瑣的EMI整改可能會帶來BOM成本等不菲的開銷,更甚者會阻礙后期的設(shè)計進度。
下文收集整理了三個有助于降低開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI的設(shè)計技巧,幫助工程師輕松搞定開關(guān)電源EMI問題,并推薦能有效降低EMI的電子元器件。
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一、利用開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)


頻率控制技術(shù)是基于開關(guān)干擾的能量主要集中在特定的頻率上,并具有較大的頻譜峰值。如果能將這些能量分散在較寬的頻帶上,則可以達到降低于擾頻譜峰值的目的。通常有兩種處理方法:隨機頻率法和調(diào)制頻率法。


隨機頻率法是在電路開關(guān)間隔中加人一個隨機擾動分量,使開關(guān)干擾能量分散在一定范圍的頻帶中。研究表明,開關(guān)干擾頻譜由原來離散的尖峰脈沖干擾變成連續(xù)分布干擾,其峰值大大下降。


調(diào)制頻率法是在鋸齒波中加人調(diào)制波(白噪聲),在產(chǎn)生干擾的離散頻段周圍形成邊頻帶,將干擾的離散頻帶調(diào)制展開成一個分布頻帶。這樣,干擾能量就分散到這些分布頻段上。在不影響變換器工作特性的情況下,這種控制方法可以很好地抑制開通、關(guān)斷時的干擾。


二、控制器件開關(guān)速度


在開關(guān)電源設(shè)計中為提高功率密度,通常會選擇開關(guān)頻率更高的MOSFET,通過提高開關(guān)速度顯著減小輸出濾波器體積,從而在單位體積內(nèi)實現(xiàn)更高的功率等級。
但隨著開關(guān)速度的提高,功率開關(guān)管通/斷時的du/dt也會隨之升高,而這恰恰就是導(dǎo)致EMI的主要原因之一。不僅如此,高du/dt還會對電機繞組的絕緣產(chǎn)生不利影響,加速漆包線、絕緣環(huán)等絕緣件的老化,對電機的絕緣設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)。因此,控制器件開關(guān)速度進而減小功率開關(guān)管通/斷的du/dt也成為了抑制開關(guān)電源干擾的一項重要措施。
MOSFET等效電路(圖源:Mouser)

由此來看,如何選擇MOSFET也是關(guān)鍵一步,快包平臺提供的新潔能500v MOSFET產(chǎn)品就是很好的選擇。

新潔能推出的500V MOS管產(chǎn)品系列涵蓋導(dǎo)通電阻從110mohm至2200mohm多個產(chǎn)品規(guī)格。500V 電壓平臺還開發(fā)了具有快速恢復(fù)體二極管特性的F系列產(chǎn)品,該系列產(chǎn)品通過優(yōu)化體二極管特性,減小反向恢復(fù)電荷和反向恢復(fù)時間,提升了體二極管反向恢復(fù)速度。在LLC等橋式電路中具有損耗低、可靠性高的性能優(yōu)勢。

Gen.4超結(jié)MOSFET 500V小電流產(chǎn)品可以用于非隔離照明電源等,也可以用于LLC 諧振電路中,替代以往的600V產(chǎn)品,更具成本優(yōu)勢。此外,500V產(chǎn)品由于具備更低的特征導(dǎo)通電阻,所以可以封裝進更小的封裝體積。比如可以在TO-252中封裝導(dǎo)通電阻典型值110mohm的產(chǎn)品。

參數(shù)亮點

(圖源新潔能)

三、保護敏感電路

開關(guān)電源的主要電路是由輸入電磁干擾濾波器(EMI)、整流濾波電路、功率變換電路、PWM控制器電路、輸出整流濾波電路組成,而輔助電路包括了輸入過欠壓保護電路、輸出過欠壓保護電路、輸出過流保護電路、輸出短路保護電路等。

常見的電源保護方法包括防浪涌軟啟動電路;過壓、欠壓及過熱保護電路;缺相保護電路;短路保護。下圖就是典型的輸入EMI抑制電路。當電網(wǎng)受到雷擊時,產(chǎn)生高壓經(jīng)輸入線導(dǎo)入開關(guān)電源設(shè)備時,由FS1、ZNR1、RTH1組成防雷浪涌電路進行保護。

輸入EMI濾波電路圖(圖源:Mouser)
R1、R2、C2、C4、LF1、LF2組成的π型濾波電路,是輸入濾波電路,主要是對電網(wǎng)串入的電磁噪聲進行抑制,防止對開關(guān)電源干擾,同時也抑制開關(guān)電源內(nèi)部產(chǎn)生的高頻噪聲干擾電網(wǎng),弱化電網(wǎng)的電磁污染。

總結(jié):


隨著開關(guān)電源的體積越來越小、功率密度越來越大,EMI控制問題成為開關(guān)電源穩(wěn)定性的一個關(guān)鍵因素。由上述分析可知,采用開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)、控制器件開關(guān)啟動速度及保護敏感電路等技巧,可以有效地抑制、消除干擾源及受擾設(shè)備之間的禍合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑,從而提高開關(guān)電源的電磁兼容性。


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