高频开关电源设计中的电磁兼容性问题研究

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1、高频开关电源设计中的电磁兼容性问题研究

2、第1内容加载中...图1开关电源的组成框图1.2开关稳压电源原理开关稳压电源电路如图2所示。图2中的开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在K接通时，输入电源Vin通过K和滤波电路供电给负载RL，当K断开时，输入电源Vin便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图2中，由储能电感L、滤波电容C2和续流二极管D组成的电路，就具有这种功能。在AB间的电压平均值VAB可用式（1）表示

3、。VAB=Vinton/T=DVin（1）式中：ton为K导通时间；T为K工作周期；D为占空比，D=ton/T。500)this.style.ouseg(this)">图2开关稳压电源电路原理图由式（1）可知，改变D，即可改变VAB。因此，随着负载及输入电源电压的变化调整D便能使输出电压Vo维持不变。这种控制方法称为时间比率控制（TimeRatioControl,缩写为TRC）。按TRC原理，它有3种方式：1）脉冲宽度调制（Pulseodulation，缩写为P）其开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式；2）脉冲频率调制（PulseFrequenc

4、yModulation，缩写为PFM）导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式；3）混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的结合。2500)this.style.ouseg(this)">图3电源滤波器图中：差模抑制电容Cx1，Cx20.1～0.47μF；差模抑制电感L1，L2100～130μH；共模抑制电容Cy1，Cy2<10000pF；共模抑制电感L15～25mH。插入损耗的定义如图4所示，当没接滤波器时，信号源输出电压为V1，当滤波器接入后，在滤波器输出端测得信号源的电压为V2。若信号源输

5、出阻抗与接收机输入阻抗相等，都是50Ω，则滤波器的插入损耗为IL=20log500)this.style.ouseg(this)">（2）设计时，必须使共模滤波电路和差模滤波电路的谐振频率明显低于开关电源的工作频率，一般要低于10kHz，即f=500)this.style.ouseg(this)"><10kHz。500)this.style.ouseg(this)">图4插入损耗的定义图5是差模与共模干扰的示意图。500)this.style.ouseg(this)">（a）差模干扰（b）共模干扰图5差模与共模干扰示意图在实际使用中，由于设备所产生的共

6、模和差模的成分不一样，所以，滤波电路可适当增加或减少滤波元件。具体电路的调整一般要经过EMI试验后才能有满意的结果，安装滤波电路时一定要保证接地良好，并且输入端和输出端要良好隔离，否则，起不到滤波的效果。图6是两种滤波电路，它们的滤波效果如图7实验曲线所示。500)this.style.ouseg(this)">（a）滤波电路1500)this.style.ouseg(this)">（b）滤波电路2图6两种滤波电路500)this.style.ouseg(this)">①为加滤波器电路1②为加滤波电路2图7两种滤波电路效果实验曲线3.2辐射EMI的抑制措施要

7、降低辐射干扰，可应用电压缓冲电路，如在开关管两端并联RCD缓冲电路，或电流缓冲电路，如在开关管的集电极上串联20～80μH的电感。功率开关管的集电极是一个强骚扰源，开关管的散热片应接到集电极上，以确保集电极与散热片之间由于分布电容而产生的电流流入主电路中。为减少散热片和机壳之间的分布电容，散热片应尽量远离机壳，如有条件的话，可采用有屏蔽措施的散热片。整流二极管应采用恢复电荷小，且反向恢复时间短的，如肖特基管，最好是选用反向恢复呈软特性的。另外，在肖特基管两端套磁珠和并联RC吸收网络均可减少干扰，电阻、电容的取值可为几Ω和数千pF，电容引线应尽可能短，以减少引

8、线电感。负载电流越大，二极管反向恢复的时间也越长，则尖峰电流的影响也越大。采用多个二极管并联来分担，可以降低短路尖峰电流的影响。500)this.style.ouseg(this)">图8输出回路的滤波电路产生共模骚扰的主要原因是电源与大地（保护地）之间存在分布电容，电路中方波电压的高频谐波分量通过分布电容传入大地，与电源线构成回路，产生共模骚扰。如图8所示，L、N为电源输入，C1、C2、C3、C4、C5、L1、L2组成输入EMI滤波器，DB1为整流桥，VT2为开关管，开关管安装在散热器上时，开关管的D极与散热器相连，与散热器之间形成一个耦合电容，如图8中的

9、C7所示，VT2工作在开关状态，其D极的电压为高频方