Magnetic

Compatibility#xff09;#xff0c;是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的…对MCM功率电源而言由于其工作在几百kHz的高频开关状态故易成为干扰源。

电磁兼容性EMCElectro

Magnetic

Compatibility是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

因此EMC包括两个方面的要求一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度即电磁敏感性。

从国外同类公司的及实际措施来看解决DC/DC变换器电磁干扰主要就是满足10kHz10MHz电源线传导发射的要求。

通过EDA仿真利用可靠性优化和可靠性简化技术设计电路参数着重解决如下问题。

线路的自激振荡合理地选择消振网络消除DC/DC变换器的R、L、C参数选取的不合理性引起的振荡减小的电平。

DC/DC电源由于工作在高频开关状态有时反应为带满载时正常带轻载时自激有时反映为常温时正常高温或低温时自激因此元器件的选取、补偿网络的应用显得尤为重要。

纹波与噪声的有效抑制抑制的方法大致可以归结为二类即降低本身的纹波与噪声和设计滤波电路。

为了抑制外来的高频干扰也为了抑制DC/DC变换器对外传导干扰通过在DC/DC变换器的输入端、输出端设计滤波电路抑制共模、差模干扰降低EMI电平。

为了减少DC/DC变换器通过输入、输出端传导EMI除了在输入、输出端采取LC滤波外还在电源的输入地到金属外壳之间、输出地到金属外壳之间增加高频滤波电容以减少共模干扰的产生。

但此处要注意电容耐压要大于500V以满足产品隔离电压的要求。

图中L1、C1组成的输入滤波电路和L2、C2组成的输出滤波电路能减少纹波电流的大小从而减少通过辐射传播的电磁干扰。

滤波电容C1、C2采用多个电容并联以减少等效串联电阻从而减小纹波电压。

C3、C4、C5、C6用于滤除共模干扰其值不宜取大以避免有较大的漏电流。

滤波器是由电感器和电容器构成的网路可使混合的交直流电流分开。

电源整流器中即借助此网路滤净脉动直流中的涟波而获得比较纯净的直流输出。

zui基本的滤波器是由一个电容器和一个电感器构成称为L型滤波。

所有各型的滤波器都是集合L型单节滤波器而成。

基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成串联臂为电感器并联臂为电容器。

在电源及声频电路中之滤波器zui通用者为L型及π型两种。

抑制干扰源技术

DC/DC变换器的主要干扰源有高频变压器、功率开关管及整流二极管为此逐一地采取措施。

高频变压器

在开关电源中变压器在电路中起到电压变换、隔离及能量转化作用其工作在高频状态初、次级将产生噪声并形成电磁干扰EMI。

当开关管关断时高频变压器漏感会产生反电动势E-Ldi/dt其值与集电极的电流变化率di/dt成正比与漏感量成正比叠加在关断电压上形成关断电压尖峰从而形成传导性电磁干扰。

此外变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通道从而使变压器周围产生的电磁波更容易在其他引线上耦合形成噪声。

开关电源中的拓扑结构有很多。

比如半桥式功率转换电路工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波然后通过高频变压器进行变压输出交流电高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。

典型的半桥式变压电路中zui为显眼的是三只高频变压器主变压器、驱动变压器和辅助变压器待机变压器每种变压器在国家规定中都有各自的衡量标准因此在设计中采取了以下措施。

为减小变压器漏感的影响采用初、次级交叉绕制的方法并使其紧密耦合。

尽可能采用罐型磁芯。

由于罐型磁芯可以把所有的线圈绕组封在磁芯里面因此具有良好的自我屏蔽作用可以有效地减少EMI。

输入输出滤波电路

为吸收上升沿和下降沿产生的过冲并有可能造成的自激振荡在初、次级电路中增加R、C吸收网络以减少尖峰干扰。

在调试时须仔细调整R、C的参数确保电阻R1的值在30200Ω电容C1的值在1001000P之间以免影响变压器的效率。

功率开关管

当开关管流过大的脉冲电流时大体上形成了矩形波含有许多高频成分。

凡有短路电流的导线及这种脉冲电流流经的变压器和电感产生的电磁场都可形成噪声源。

开关管的负载是高频变压器在开关管导通的瞬间变压器初级出现很大的涌流造成尖峰噪声。

这个尖峰噪声实际上是尖脉冲轻者造成干扰重者有可能击穿开关管。

因此须采取以下措施。

采用R、C吸收电路从而在维持电路性能不变的同时降低其电磁干扰的EMI电平。

整流二极管

整流二极管一般为平面型硅二极管用于各种电源整流电路中。

选用整流二极管时主要应考虑其zui大整流电流、zui大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。

普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管对截止频率的反向恢复时间要求不高只要根据电路的要求选择zui大整流电流和zui大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。

开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管应选用工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等或选择快恢复二极管。

整流二极管在关断期由于反向恢复时间会引起尖峰干扰。

为减少这种电磁干扰必须选用具有软恢复特性的、反向恢复电流小的、反向恢复时间短的二极管。

肖特基势垒二极管是多数载流子导流不存在少子的存储与复合效应因而也就会产生很小的电压尖峰干扰故采取以下措施。

采用多个肖特基并联分担负载电流有效地抑制整流二极管形成的EMI电平。

初级吸收网络

影响产品EMC的方面很多。

除了在线路上进行优化设计外如何在基片有限的空间内合理的安排元器件的位置以及导带的布线也将直接影响到电路中各元器件自身的抗干扰性和产品的电磁兼容性EMC指标。

平面转换设计规范

对于电源内部高频开关器件如功率VMOS管、高频变压器、整流管等应尽可能地减少其电路电流的环路面积且不要与其他导带长距离平行分布。

设计布线时走线尽量少拐弯因为直角或夹角会产生电流突变产生干扰。

导带印制时应尽量采用高目数的印制网以便使线电流达到均衡。

应选用电流噪声系数较小、性能稳定性较好的电阻浆料和导带浆料保证不会因为工艺参数的因数带来新的干扰。

采用金属全密封结构进行封装

屏蔽有两个目的一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出二是防止外来辐射干扰进入该内部区域。

其原理是利用屏蔽体对电磁能量进行反射、吸收和引导。

电磁骚扰对其他电子设备的影响可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工金属外壳然后将金属外壳与系统的机壳和地连接为一体就能对电磁场进行有效的屏蔽。

地线设计技术

电路地线在时主要是防止干扰与提高无线电波的辐射效率。

地线被广泛作为电位的参考点为整个电路提供一个基准电位。

此时地线未必与真正的大地相连而往往与输入电源线的一根相连通常是零线其电位也与大地电位无关。

整个电路在设计时以地线上电压为0V以统一整个电路电位。

为进一步减小接地回路的压降可用旁路电容减少返回电流的幅值。

在低频和高频共存的电路系统中还应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后再连接到公共参考点上如果有可能zui好设计地线层。