开关电源的emc设计new

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1、开关电源的EMC设计目前，大多数电子产品都选用开关电源供电，以节省能源和提高工作效率；同时越来越多的产品也都含有数字电路，以提供更多的应用功能。开关电源电路和数字电路中的时钟电路是目前电子产品中最主要的电磁干扰源，它们是电磁兼容设计的主要内容。下面以一个开关电源的电磁兼容设计过程进行分析。　　图1是一个普遍应用的反激式或称为回扫式的开关电源工作原理图，50Hz或60Hz交流电网电压首先经整流堆整流，并向储能滤波电容器C5充电，然后向变压器T1与开关管V1组成的负载回路供电。　　1）脉冲尖峰电流及其抑制措施。一般电容器C5的容量

2、很大，其两端电压纹波很小，大约只有输入电压的10％左右，而仅当输入电压Uin大于电容器C5两端电压的时候，整流二极管才导通。因此在输入电压的一个周期内，整流二极管的导通时间很短，即导通角很小。这样整流电路中将出现脉冲尖峰电流，如图2所示。　　　　这种脉冲尖峰电流如用傅里叶级数展开，看成由非常多的高次谐波电流组成，这些谐波电流将会降低电源设备的使用效率，即功率因数很低，并会倒灌到电网，对电网产生污染。当严重时还会引起电网频率的波动，即交流电源闪烁。解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的方法是在整流电路中串联一个功率因数校正（PFC

3、）电路，或差模滤波电感器。图3是进行过电磁兼容设计后的电气原理图。PFC电路一般为一个并联式升压开关电源，其输出电压一般为直流400V，没有经功率因数校正之前的电源设备，其功率因数一般只有0.4～0.6，经校正后最高可达到0.98。PFC电路虽然可以解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的问题，但又会带来新的高频干扰问题，这同样也要进行严格的EMC设计。用差模滤波电感器可以有效地抑制脉冲电流的高频成份，从而降低电流谐波干扰。但是在开关电源电路里，差模电感的体积和重量受到限制，因而提高功率因数的作用有限。　　图3中的L1为差模滤波电

4、感器，差模滤波电感器一般用硅钢片材料制作，以提高电感量，为了防止大电流流过差模滤波电感器时产生磁饱和。一般差模滤波电感器的两个组线圈都各自留有一个漏感磁回路。L1差模滤波电感可根据试验求得，也可以根据下式进行计算：　　E=Ldi／dt　　式中：E为输入电压Uin与电容器C5两端电压的差值，即L1两端的电压降，L为电感量，di／dt为电流上升率。显然，要求电流上升率越小，则要求电感量就越大。　　（2）振铃电压的抑制。由于变压器的初级有漏感，当电源开关管V1由饱和导通到截止关断时会产生反电动势，反电动势又会对变压器初级线圈的分布电

5、容进行充放电，从而产生阻尼振荡，即产生振铃，如图4所示。图4开关电源变压器因漏感产生的振铃波形变压器初级漏感产生反电动势的电压幅度一般都很高，如不采取保护措施，反电势常常会把电源开关管击穿，同时反电势产生的阻尼振荡还会产生很强的电磁辐射，不但对机器本身造成严重干扰，对机器周边环境也会产生严重的电磁干扰。　　图3中的D1，R2，C6是抑制反电势和振铃电压幅度的有效电路，当变压器初级漏感产生反电势时，反电势通过二极管D1对电容器C6进行充电，相当于电容器吸收反电势的能量，从而降低了反电势和振铃电压的幅度。电容器C6充满电后，又会通

6、过R2放电，正确选择RC放电的时间常数，使电容器在下次充电时，其剩余电压刚好等于方波电压幅度，此时电源的工作效率最高。（3）传导干扰信号的抑制。图1中，当电源开关管V1导通或者截止时，在电容器C5、变压器T1的初级和电源开关管V1组成的电路中会产生脉动直流i1，如果把此电流回路看成是一个变压器的“初级线圈”。由于电流i1的变化速率很高，它在“初级线圈”中产生的电磁感应，也会对周围电路产生电磁感应。可以把周围电路都看成是同一变压器的多个“次级线圈”，同时变压器T1的漏感也同样对各个“次级线圈”产生感应作用。因此电流i1通过电磁感

7、应，在每个“次级线圈”中都会产生的感应电流，分别把它们记为i2，i3，…，in。其中，i2和i3是差模干扰信号，它们可以通过两根电源线传导到电网的其他线路之中和干扰其他电子设备。i4是共模干扰信号，它是电流i1回路通过电磁感应其他电路与大地或机壳组成的回路产生的，并且其他电路与大地或机壳是通过电容耦合构成回路的，共模干扰信号可以通过电源线与大地传导到电网其他线路之中和干扰其他电子设备。与电源开关管V1的集电极相连的电路，也是产生共模干扰信号的主要原因。因为在整个开关电源电路中，数电源开关管V1集电极的电位最高，最高可达600V

8、以上，其他电路的电位都比它低，因此电源开关管V1的集电极与其他电路（也包括电源输入端的引线）之间存在很强的电场，在电场的作用下，电路会产生位移电流，这个位移电流基本属于共模干扰信号。　　图3中的电容器C1，C2和差模电感器L1对i1，i2和i3差模干扰信号有很强的抑制能力。由