buck变换器的emc分析

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1、Buck变换器的EMC分析

2、第1摘要：通过对Buck变换器电路的EMC分析，说明了电磁兼容中滤波、接地、缓冲以及合理的PCB设计等技术在500)this.style.ouseg(this)">图1Buck原理结构图主电路主要由功率开关管S、肖特基二极管D、滤波电容C、电感L、阻性负载Ro以及无感采样电阻RL组成。此电路的基本参数是输入端为36V铅酸蓄电池，输出要求为10A恒流，开关频率为50kHz。控制芯片采用SG3525，驱动芯片采用TLP250。辅助电源采用反激。主电路选择合适的闭环参数是重要的一步，合适的闭环参数可以使电路稳定，产生较小的EMD。图2是该系

3、统的电磁兼容性示意图，结合此图分析系统所处的电磁环境及其相互作用的情况。显然，电磁干扰既可发生在系统内部，又有可能发生在系统之间。500)this.style.ouseg(this)">图2系统的电磁兼容性示意图从图2中可以看出，任何一种EMI均由三部分组成：骚扰源、耦合路径和受扰体。骚扰源产生的干扰经耦合途径进入受扰体，若干扰水平超出受扰体的敏感程度就会影响其正常工作而构成干扰。与数字电路相比，由于开关电源功率开关管的高速开关动作，它产生的干扰强度较大；骚扰源主要集中在功率开关器件以及与之相连的高频变压器上；开关频率不高，主要干扰形式是传导干扰和近场干扰。一般

4、解决EMD针对3方面：抑制骚扰源、切断干扰途径和提高受扰体的抗干扰能力。由此可知Buck的主要骚扰源是开关管和功率二极管。由于开关频率较高，传输的能量又大，故在开关过程中会产生很高的毛刺。由于设计的500)this.style.ouseg(this)">图3采样电流波形500)this.style.ouseg(this)">图4二阶RC无源滤波电路2.2接地一个系统的接地主要有安全地、信号地、机壳地和屏蔽地。这里只讨论本系统的公共地的连接方法。1)接地系统须具有很低的公共阻抗，使系统中各路电流，通过该公共阻抗产生的直接传导噪声电压最小。2）在高频电流的场合，保证

5、“信号地”对“大地”有较低的共模电压，使通过“信号地”产生的辐射噪音最低。3）保证地线与信号线构成的电流回路具有最小的面积，避免由地线构成“地回路”，使外界干扰磁场穿过该回路产生的差模干扰电压最小，同时，也避免由地电位差通过地回路引起过大的地电流，造成传导干扰。本系统中采用混合接地和浮空接地方式。主功率采用浮地方式，以便减小公共阻抗和大电流的通过。控制系统内部先串联接地，然后再单点与主功率地连接。驱动电路则采用光耦隔离技术来驱动开关管的导通和关断。2.3缓冲在采用了以上措施后，发现MOSFET的开关过程中毛刺仍然较高，这是由于电路中流过的电流比较大，很小的寄生电

6、感也能引起很大的毛刺。缓冲电路的目的是对开关管产生的瞬态噪声进行抑制。采用的是在开关管两端并上R—C—D网络进行抑制，它可以减缓开关管的漏极和源极之间的电压上升率，如图5所示。500)this.style.ouseg(this)">图5R—C—D吸收电路通过给开关管加缓冲电路后，可以得到比较理想的开关波形，如图6所示。500)this.style.ouseg(this)">图6开关管vDS波形在关断过程中由于功率二极管会有反向恢复，这是一个重要的骚扰源。RC缓冲电路是解决功率二极管反向恢复问题的常用方法。在高频下工作的功率二极管，要考虑寄生参数。图7(a)为电路

7、模型，其中D0为理想二极管，Lp为引线电感，Cp为结电容，Rp为并联电阻（高阻值），Rs为引线电阻。如图7(b)所示，将电容C和电阻R串联后并联到功率二极管D上。二极管反向关断时，寄生电感中的能量对寄生电容充电，同时还通过缓冲电阻R对缓冲电容C充电。在同样能量的情况下，缓冲电容越大，其上的电压就越小；当二极管正向导通时，C通过R放电，能量绝大部分在R上消耗。500)this.style.ouseg(this)">（a）等效模型（b）RC缓冲电路图7功率二极管等效模型及RC缓冲电路通过在功率二极管上并R—C缓冲电路后，可以得到比较理想的开通和反向关断波形，如图8所

8、示。500)this.style.ouseg(this)">图8功率二极管上的波形2.4PCB布板印刷电路板上元器件的放置和布线设计对开关电源EMC性能有极大的影响，在高频500)this.style.ouseg(this)">（3）式中：s为两线之间的距离。由以上分析可知，在设计印刷电路板时，应尽量降低电源线和地线的阻抗。因电源线、地线和其它印刷线都有电感，当电源电流变化较大时，会产生较大压降，而地线压降是形成公共阻抗干扰的重要因素，所以应尽量缩短地线，尽量加宽电源线和地线。直流供电系统的实际等效电路如图9所示。500)this.style.ouseg(thi

9、s)">图9直流供电系统