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電源適配器電磁干擾抑制技術(shù)及設(shè)計方法

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電源適配器電磁干擾抑制技術(shù)及設(shè)計方法

電磁兼容(ElectroMagneticCompatibility,簡稱EMC)是指電子設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境能正常工作,且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。它包括電磁干擾(EMI)和電磁敏感(EMS)兩方面的內(nèi)容。EMI是指電器產(chǎn)品向外發(fā)出干擾。EMS是指電器產(chǎn)品抵抗電磁干擾的能力。
一臺具備良好電磁兼容性的設(shè)備應(yīng)既不受周圍電磁噪聲的影響,也不對周圍環(huán)境造成電磁干擾。電磁干擾的三個要素是干擾源、耦合通道和敏感體。抑制電源適配器產(chǎn)生的干擾對保證電子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行具有十分重要的意義,電磁干擾的抑制技術(shù)主要包括削弱干擾的能量,隔離和減弱噪聲耦合途徑及提高設(shè)備對電磁騷擾的抵抗能力等。本文分析了電源適配器電磁干擾產(chǎn)生原因,介紹了電源適配器電磁干擾抑制技術(shù)及設(shè)計方法。

1電源適配器電磁干擾的產(chǎn)生
電源適配器通常是將工頻交流電整流為直流電,然后經(jīng)過開關(guān)管的控制使其變?yōu)楦哳l,再經(jīng)過整流濾波電路輸出,得到穩(wěn)定的直流電壓。工頻整流濾波使用大容量電容充、放電,開關(guān)管高頻通斷,輸出整流二極管的反向恢復(fù)等工作過程中產(chǎn)生了極高的di/dt和du/dt,形成了強烈的浪涌電流和尖峰電壓,它是電源適配器電磁干擾產(chǎn)生的最基本原因。另外,開關(guān)管的驅(qū)動波形,MOSFET漏源波形等都是接近矩形波形狀的周期波。因此,其頻率是MHz級別的,這些高頻信號對電源適配器的基本信號,特別是控制電路的信號造成干擾。

1.1輸入整流電路的諧波干擾

電源適配器輸入端通常采用橋式整流、電容濾波電路。整流橋只有在脈動電壓超過輸入濾波電容上的電壓時才能導(dǎo)通,電流才從市電電源輸入,并對濾波電容充電。一旦濾波電容上的電壓高于市電電源的瞬時電壓,整流管便截止。所以,輸入電路的電流是脈沖性質(zhì)的,并且有著豐富的高效諧波電流。這是因為整流電路的非線性特性,整流橋交流側(cè)的電流嚴重失真。

而直流側(cè)的諧波次數(shù)是n倍。所以,整流電路直流側(cè)高頻諧波電流不僅使電路產(chǎn)生功率,增加電路的無功功率,而且高頻諧波會沿著傳輸線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。

1.2開關(guān)電路產(chǎn)生的干擾
開關(guān)電路在電源適配器中起著關(guān)鍵的作用,同時也是主要的干擾源之一。開關(guān)管負載為高頻變壓器初級線圈,是感性負載。其在導(dǎo)通瞬間,初級線圈產(chǎn)生很大的涌流,并在初級線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓;在斷開瞬間,由于初級線圈的漏磁通,致使一部分能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈,儲藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減震蕩,疊加在關(guān)斷電壓上,形成關(guān)斷電壓尖峰。如果尖峰有足夠高的幅度,那么很有可能把開關(guān)管擊穿。

1.3高頻變壓器產(chǎn)生的共模傳導(dǎo)騷擾
高頻變壓器是電源適配器中實現(xiàn)能量儲存、隔離、輸出、電壓變換的重要部件,它的漏感和分布電容對電路的電磁兼容性能產(chǎn)生較大的影響。由于初級線圈有漏磁通,致使一部分能量沒有傳輸?shù)酱渭壘€圈,而是通過集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩,疊加在關(guān)斷電壓上,形成關(guān)斷電壓尖峰,產(chǎn)生與初級線圈接通時一樣的磁化沖擊電流瞬變,這個噪聲會傳導(dǎo)到輸入、輸出端,形成傳導(dǎo)騷擾,重者有可能擊穿開關(guān)管。另外,高頻變壓器初級線圈、開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能會產(chǎn)生較大的空間輻射,形成輻射騷擾。

在電源適配器的調(diào)頻變壓器初次級之間存在著分布電容。用一個裝置電容(裝置對地的分布電容)來與整個電源適配器等效,就形成了干擾通道。共模干擾通過變壓器的耦合電容,經(jīng)過裝置電容再返回大地,就得到一個由變壓器耦合電容與裝置電容構(gòu)成的分壓器。脈沖變壓器初級線圈、開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能會產(chǎn)生較大的空間輻射,形成輻射騷擾。


1.4分布及寄生參數(shù)引起的電源適配器噪聲
桌面式電源適配器的分布參數(shù)是多數(shù)干擾的內(nèi)在因素,電源適配器和散熱器之間的分布電容、變壓器初次級之間的分布電容、原副邊的漏感都是噪聲源。共模干擾就是通過變壓器初、次級之間的分布電容以及電源適配器與散熱器之間的分布電容傳輸?shù)摹Ｆ渲凶儔浩骼@組的分布電容與高頻變壓器繞組結(jié)構(gòu)、制造工藝有關(guān)。電源適配器與散熱器之間的分布電容與開關(guān)管的結(jié)構(gòu)以及開關(guān)管的安裝方式有關(guān)。采用帶有屏蔽的絕緣襯墊可以減小開關(guān)管與散熱器之間的分布電容。
在高頻工作下的元件都有高頻寄生特性,對其工作狀態(tài)產(chǎn)生影響。高頻工作時導(dǎo)線變成了發(fā)射線、電容變成了電感、電感變成了電容、電阻變成了共振電路,當頻率過高時各元件的頻率特性產(chǎn)生了相當大的變化。為了保證電源適配器在高頻工作時的穩(wěn)定性,設(shè)計電源適配器時要充分考慮元件在高頻工作時的特性,選擇使用高頻特性比較好的元件。另外,在高頻時,導(dǎo)線寄生電感的感抗顯著增加,由于電感的不可控性,最終使其變成一根發(fā)射線,也就成為了電源適配器中的輻射干擾源。

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| 發(fā)布時間：2018.11.05    來源：電源適配器廠家
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