電源適配器開關(guān)電路的EMI模型

電源適配器開關(guān)電路在工作的過程中,電路中的電壓和電流快速變化,引起兩方面的結(jié)果,一是部分變化的電流傳導(dǎo)到電源適配器輸入端和負(fù)載端,對連接在電網(wǎng)上的其他設(shè)備或者負(fù)載形成干擾,這稱為傳導(dǎo)干擾;另一方面是在空間產(chǎn)生交變電磁場,通過空間耦合和傳播對于臨近的設(shè)備構(gòu)成干擾,這稱為輻射干擾?

傳導(dǎo)干擾的抑制主要從電路方面下手來解決,比如增加EMI濾波器,而輻射干擾則更多的是通過屏敲的方法來抑制?由于兩者傳播的機(jī)理不同?抑制的方法也不同,因此通常都分開來討論?

電源適配器廠冢在這里主要介紹傳導(dǎo)EM模型,在最后會(huì)定性介紹輻射干擾的產(chǎn)生和傳播途徑,并簡單介紹抑制的方法?

  在EMI標(biāo)準(zhǔn)中,采用特定的電路來測量一個(gè)被測設(shè)備(DDUT)產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾,其電路見圖

  特別需要指出的是,圖中畫出了參考地,這在分析傳導(dǎo)EMI的過程中是非常重要的?

圖中左側(cè)由電感?電容和500電阻構(gòu)成的電路稱為人工120w電源適配器網(wǎng)絡(luò)(LineIm Stabilization Network-LSN),采用LSN的目的是確定測試時(shí)被測設(shè)備的輸入電源適配器側(cè)的阻抗?實(shí)際的電網(wǎng)阻抗是千差萬別的,不可能針對每一種情況都進(jìn)行測試,因此選擇這一特定的網(wǎng)絡(luò)阻抗作為標(biāo)準(zhǔn),在這一標(biāo)準(zhǔn)的電網(wǎng)阻抗條件下進(jìn)行測試?

而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了每一根輸入導(dǎo)體上的傳導(dǎo)干擾電流流經(jīng)LISN,在500電阻上產(chǎn)生的最高電壓限制值,該限值以150kHz-30MHz頻段的頻譜形式給出典型的傳導(dǎo)EMI標(biāo)準(zhǔn)的限值見表10-121?圖10-3中給出了2條限值曲線,上面的一條是接收機(jī)采用準(zhǔn)峰值檢波電路時(shí)的限值,下面一條是采用平均值檢波電路時(shí)的限值?一般來說,符合標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容接收機(jī)同時(shí)具備這兩種檢波電路,可以通過設(shè)置在兩種檢波方式間切換?

  雖然標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的是uA和uB的限值,但通過對傳導(dǎo)干擾產(chǎn)生機(jī)理的分析發(fā)現(xiàn),uA和uB并不是完全無關(guān)的兩個(gè)量,二者之間的差值(uA-uB)與干擾源的某些特征有關(guān),而二者的平均值(uA+uB)2與干擾源的另一些特征有關(guān),因此將uA-u3稱為差模成分,而將(uA+uB)/2稱為共模成分?差模成分和共模成分產(chǎn)生的機(jī)理有所不同,抑制的措施也有所不同,具有相對的獨(dú)立性,因此傳導(dǎo)EMI的建模以及抑制電路的設(shè)計(jì)都是針對差模和共模成分分別進(jìn)行的?

5伏電源適配器傳導(dǎo)EMI標(biāo)準(zhǔn)中限定的干擾信號(hào)頻率范圍是150kHz~30MHz,而在這個(gè)頻段內(nèi),電路產(chǎn)生的電磁波的波長最短也達(dá)到10m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通常開關(guān)電路的尺寸,因此電路中的各個(gè)導(dǎo)體仍然可以看成是等勢體,下面的建模過程都是以這個(gè)假設(shè)為基礎(chǔ)的?

以圖中的Buck電路為例,畫出電源適配器側(cè)和負(fù)載側(cè)電路后見圖?

圖中C,是電路中各個(gè)導(dǎo)體與參考地之間的分布電容,電容值很小,通常僅有1~100pF,但卻是傳導(dǎo)EMI模型的重要參數(shù),不能忽略?

  適配器研發(fā)制造廠商在建立電源適配器傳導(dǎo)EMI的模型過程中,需要在以下幾個(gè)假設(shè)條件之下對電路進(jìn)行簡化:

1)電路中的各個(gè)導(dǎo)體是等勢體?

傳導(dǎo)EMI標(biāo)準(zhǔn)中限定的干擾信號(hào)頻率范圍是150kHz-30MHz,面在這個(gè)頻段內(nèi),電路產(chǎn)生的電磁波的波長最短也達(dá)到10m,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于通常開關(guān)電路的尺寸,因此電路中的各個(gè)導(dǎo)體仍然可以看成是等勢體,下面的建模過程都是以這個(gè)假設(shè)為基礎(chǔ)的?

2)電路中的較大的電容可以視為短路?傳導(dǎo)EM標(biāo)準(zhǔn)中限定的干擾信號(hào)頻率范圍是150kHz~30MHz?例如,當(dāng)頻率為150kHz時(shí),1pF的電容阻抗僅有約l,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電路中其他元件的阻抗,甚至小于很多寄生參數(shù)的阻抗,因此大于1μF的電容均視為短路?當(dāng)然實(shí)際的電容元件存在等效寄生電阻和等效寄生電感,因此不能完全視為短路,但其等效電路中電容部分的阻抗仍可忽略?

3)較大的電感元件可以視為開路?同樣的道理,在傳導(dǎo)EM標(biāo)準(zhǔn)中限定的頻段中,電感元件呈現(xiàn)較大的阻抗,當(dāng)頻率為150kHz時(shí),1mH的電感其阻抗約為1kΩ,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他元件的阻抗,因此可以視為開路?當(dāng)然實(shí)際的電感元件存在等效并聯(lián)電容,不能視為開路,但等效電路中的電感部分仍然可以近似按開路處理?

在這樣的假設(shè)下,5伏電源適配器將電路中的開關(guān)和二極管用電壓源來等效,其電壓與被替換的開關(guān)或二極管的電壓相等?