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開(kāi)關(guān)電源共模干擾是怎么產(chǎn)生的? |
| 作者：qinyuantao 欄目：電源技術(shù) |
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| 作者： liudewei 于 2006/1/13 21:54:00 發(fā)布：
主要是通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器的初次級(jí)的寄生電容，還有空間輻射 |
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| 作者： ic921 于 2006/1/15 12:12:00 發(fā)布：
“開(kāi)關(guān)電源共模干擾”的詳細(xì)定義是什么？ 沒(méi)看到過(guò) |
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| 4樓： | >>參與討論 |
| 作者： ic921 于 2006/1/15 12:16:00 發(fā)布：
有文章可看，但定義是什么？ 解析幾種有效開(kāi)關(guān)電源電磁干擾抑制 前關(guān)于開(kāi)關(guān)電源EMI（Electromagnetic Interference）的研究，有些從EMI產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，有些 從EMI 產(chǎn)生的影響出發(fā)，都提出了許多實(shí)用有價(jià)值的方案。這里分析與比較了幾種有效的方案，并為開(kāi)關(guān) 電源EMI 的抑制措施提出新的參考建議。 ◆ 開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分,可 分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。現(xiàn)在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明： 1、二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾 高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí), 由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),致使載流 子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。 2、開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾 功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開(kāi)關(guān)時(shí),這種諧 波干擾將會(huì)很小。另外,功率開(kāi)關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生 尖峰干擾。 3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾 無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出線(xiàn)傳播出去而形成的干擾稱(chēng) 之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,通過(guò)輸入輸出線(xiàn)傳播時(shí),都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這 種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱(chēng)為輻射干擾。 4、其他原因 元器件的寄生參數(shù)，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線(xiàn)路板（PCB）走線(xiàn)通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理 都會(huì)造成EMI干擾。 ◆ 開(kāi)關(guān)電源EMI的特點(diǎn) 作為工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開(kāi)關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大；干 擾源主要集中在功率開(kāi)關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為 清楚；開(kāi)關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾;而印刷線(xiàn)路板 (PCB)走線(xiàn)通常采用手工布線(xiàn),具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。 ◆ EMI測(cè)試技術(shù) 目前診斷差模共模干擾的三種方法：射頻電流探頭、差模抑制網(wǎng)絡(luò)、噪聲分離網(wǎng)絡(luò)。用射頻電流探頭 是測(cè)量差模 共模干擾最簡(jiǎn)單的方法，但測(cè)量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限值比較要經(jīng)過(guò)較復(fù)雜的換算。差模抑制網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)比較簡(jiǎn)單，測(cè)量結(jié)果可直接與標(biāo)準(zhǔn)限值比較，但只能測(cè)量共模干擾。噪聲分離網(wǎng)絡(luò)是最理想的方法， 但其關(guān)鍵部件變壓器的制造要求很高。 ◆ 目前抑制干擾的幾種措施 形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而,抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面著手。 首先應(yīng)該抑制干擾源,直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾 的傳播途徑；第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力,減低其對(duì)噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上 都是用切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道，它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接 地和濾波。 采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如,功率開(kāi)關(guān)管和輸出二極管通常有較大的 功率損耗,為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時(shí)需要導(dǎo)熱性能好的絕緣片 進(jìn)行絕緣,這就使器件與底板和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容,開(kāi)關(guān)電源的底板是交流電源的地線(xiàn),因而通過(guò) 器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產(chǎn)生共模干擾,解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是采用兩層 絕緣片之間夾一層屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割斷了射頻干擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。為了抑制 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射,電磁干擾對(duì)其他電子設(shè)備的影響,可完全按照對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩,然后 將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體,就能對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可 以起到抑制干擾的作用。例如,靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場(chǎng)的干擾;電磁屏蔽用的導(dǎo)體原則上可以 不接地,但不接地的屏蔽導(dǎo)體時(shí)常增強(qiáng)靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng),所以仍以接地為好,這樣 使電磁屏蔽能同時(shí)發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連,可為信號(hào)回路提供穩(wěn)定的參考電 位。因此,系統(tǒng)中的安全保護(hù)地線(xiàn)、屏蔽接地線(xiàn)和公共參考地線(xiàn)各自形成接地母線(xiàn)后,最終都與大地相連. 在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則,如果形成多點(diǎn)接地,會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路,當(dāng)磁力線(xiàn)穿 過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲,實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。因此,為降低接地阻抗,消除分布電容的影 響而采取平面式或多點(diǎn)接地,利用一個(gè)導(dǎo)電平面(底板或多層印制板電路的導(dǎo)電平面層等)作為參考地,需 要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅 值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中,應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線(xiàn)單獨(dú)連接后,再連 接到公共參考點(diǎn)上。 濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的辦法。例如,在電源輸入端接上濾波器,可以抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向 電網(wǎng)反饋的干擾,也可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電源本身的侵害。在濾波電路中,還采用很多專(zhuān)用的濾波 元件,如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán),它們能夠改善電路的濾波特性。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或選擇濾波 器,并正確地安裝和使用濾波器,是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。 EMI濾波技術(shù)是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施,可以濾除多種原因產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。一種由電容、電 感 |
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| 5樓： | >>參與討論 |
| 作者： ic921 于 2006/1/15 15:05:00 發(fā)布：
再帖一個(gè)：開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器原理與設(shè)計(jì)研究 開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器原理與設(shè)計(jì)研究 魏應(yīng)冬，吳燮華 (浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江 杭州 310027） 摘要：在開(kāi)關(guān)電源中，EMI濾波器對(duì)共模和差模傳導(dǎo)噪聲的抑制起著顯著的作用。在研究濾波器原理的基礎(chǔ)上，探討了一種對(duì)共模、差模信號(hào)進(jìn)行獨(dú)立分析，分別建模的方法，最后基于此提出了一種EMI濾波器的設(shè)計(jì)程序。 關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；EMI濾波器；共模；差模 0 引言 高頻開(kāi)關(guān)電源由于其在體積、重量、功率密度、效率等方面的諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、家電產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域。在開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用于交流電網(wǎng)的場(chǎng)合，整流電路往往導(dǎo)致輸入電流的斷續(xù)，這除了大大降低輸入功率因數(shù)外，還增加了大量高次諧波。同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源中功率開(kāi)關(guān)管的高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作（從幾十kHz到數(shù)MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）騷擾源。從已發(fā)表的開(kāi)關(guān)電源論文可知，在開(kāi)關(guān)電源中主要存在的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)輻射干擾，傳導(dǎo)干擾還會(huì)注入電網(wǎng)，干擾接入電網(wǎng)的其他設(shè)備。 減少傳導(dǎo)干擾的方法有很多，諸如合理鋪設(shè)地線(xiàn)，采取星型鋪地，避免環(huán)形地線(xiàn)，盡可能減少公共阻抗；設(shè)計(jì)合理的緩沖電路；減少電路雜散電容等。除此之外，可以利用EMI濾波器衰減電網(wǎng)與開(kāi)關(guān)電源對(duì)彼此的噪聲干擾。 EMI騷擾通常難以精確描述，濾波器的設(shè)計(jì)通常是通過(guò)反復(fù)迭代，計(jì)算制作以求逐步逼近設(shè)計(jì)要求。本文從EMI濾波原理入手，分別通過(guò)對(duì)其共模和差模噪聲模型的分析，給出實(shí)際工作中設(shè)計(jì)濾波器的方法，并分步驟給出設(shè)計(jì)實(shí)例。 1 EMI濾波器設(shè)計(jì)原理 在開(kāi)關(guān)電源中，主要的EMI騷擾源是功率半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的dv/dt和di/dt，因而電磁發(fā)射EME(Electromagnetic Emission)通常是寬帶的噪聲信號(hào)，其頻率范圍從開(kāi)關(guān)工作頻率到幾MHz。所以，傳導(dǎo)型電磁環(huán)境（EME）的測(cè)量，正如很多國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定，頻率范圍在0.15～30MHZ。設(shè)計(jì)EMI濾波器，就是要對(duì)開(kāi)關(guān)頻率及其高次諧波的噪聲給予足夠的衰減�；谏鲜鰳�(biāo)準(zhǔn)，通常情況下只要考慮將頻率高于150kHz的EME衰減至合理范圍內(nèi)即可。 在數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域普遍認(rèn)同的低通濾波器概念同樣適用于電力電子裝置中。簡(jiǎn)言之，EMI濾波器設(shè)計(jì)可以理解為要滿(mǎn)足以下要求： 1）規(guī)定要求的阻帶頻率和阻帶衰減；（滿(mǎn)足某一特定頻率fstop有需要Hstop的衰減）； 2）對(duì)電網(wǎng)頻率低衰減（滿(mǎn)足規(guī)定的通帶頻率和通帶低衰減）； 3）低成本。 1.1 常用低通濾波器模型 EMI濾波器通常置于開(kāi)關(guān)電源與電網(wǎng)相連的前端,是由串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器組成的低通濾波器。如圖1所示，噪聲源等效阻抗為Zsource、電網(wǎng)等效阻抗為Zsink。濾波器指標(biāo)（fstop和Hstop）可以由一階、二階或三階低通濾波器實(shí)現(xiàn)，濾波器傳遞函數(shù)的計(jì)算通常在高頻下近似，也就是說(shuō)對(duì)于n階濾波器，忽略所有ωk相關(guān)項(xiàng)（當(dāng)k<n），只取含ωn相關(guān)項(xiàng)。表1列出了幾種常見(jiàn)的濾波器拓?fù)浼捌鋫鬟f函數(shù)。特別要注意的是要考慮輸入、輸出阻抗不匹配給濾波特性帶來(lái)的影響。  圖1 濾波器設(shè)計(jì)等效電路 表1 幾種濾波器模型及傳遞函數(shù)  1.2 EMI濾波器等效電路 傳導(dǎo)型EMI噪聲包含共模（CM）噪聲和差模(DM)噪聲兩種。共模噪聲存在于所有交流相線(xiàn)(L、N)和共模地(E)之間，其產(chǎn)生來(lái)源被認(rèn)為是兩電氣回路之間絕緣泄漏電流以及電磁場(chǎng)耦合等；差模噪聲存在于交流相線(xiàn)(L、N)之間，產(chǎn)生來(lái)源是脈動(dòng)電流，開(kāi)關(guān)器件的振鈴電流以及二極管的反向恢復(fù)特性。這兩種模式的傳導(dǎo)噪聲來(lái)源不同，傳導(dǎo)途徑也不同，因而共模濾波器和差模濾波器應(yīng)當(dāng)分別設(shè)計(jì)。 顯然，針對(duì)兩種不同模式的傳導(dǎo)噪聲，將其分離并分別測(cè)量出實(shí)際水平是十分必要的，這將有利于確定那種模式的噪聲占主要部分，并相應(yīng)地體現(xiàn)在對(duì)應(yīng)的濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)參數(shù)優(yōu)化。在文獻(xiàn)[6]和[7]中，提供了兩種用于區(qū)分共模和差模噪聲的噪聲分離器，他們能有選擇地對(duì)共模或差模噪聲至少衰減50dB，因而可有效地測(cè)量出共模和差模成分。分離器的原理和使用超出了本文的討論范圍，詳細(xì)內(nèi)容可見(jiàn)參考文獻(xiàn)[6]和[7]。 以一種常用的濾波器拓?fù)洹矆D2(a)〕為例，分別對(duì)共模、差模噪聲濾波器等效電路進(jìn)行分析。圖2(b)及圖2(c)分別代表濾波器共模衰減和差模衰減等效電路。分析電路可知，Cx1和Cx2只用于抑制差模噪聲，理想的共模扼流電感LC只用于抑制共模噪聲。但是，由于實(shí)際的LC繞制的不對(duì)稱(chēng)，在兩組LC之間存在有漏感Lg也可用于抑制差模噪聲。Cy即可抑制共模干擾、又可抑制差模噪聲，只是由于差模抑制電容Cx2遠(yuǎn)大于Cy，Cy對(duì)差模抑制可忽略不計(jì)。同樣，LD既可抑制共模干擾、又可抑制差模干擾，但LD遠(yuǎn)小于LC，因而對(duì)共模噪聲抑制作用也相對(duì)很小。  （a）常用的濾波器拓?fù)?/font>  （b）共模衰減等效電路  （c）差模衰減等效電路 圖2 一種常用的濾波器拓?fù)?/font> 由表1和圖2可以推出，對(duì)于共模等效電路，濾波器模型為一個(gè)二階LC型低通濾波器，將等效共模電感記為LCM，等效共模電容記為CCM，則有 LCM=LC＋  LD（1） CCM=2Cy（2） 對(duì)于差模等效電路，濾波器模型為一個(gè)三階CLC型低通濾波器,將等效差模電感記為LDM，等效差模電容記為CDM（令Cx1=Cx2且認(rèn)為Cy/2<<Cx2），則有 LDM=2LD＋Lg（3） CDM=Cx1=Cx2（4） LC型濾波器截止頻率計(jì)算公式為 fR,CM=  （5） 將式（1）及式（2）代入式（5），則有 fR,CM=  ≈ （LC>> LD）（6） CLC型濾波器截止頻率計(jì)算公式為 fR,DM=  （7） 將式（3）及式（4）代入式（7），則有 fR,DM=  （8） 在噪聲源阻抗和電網(wǎng)阻抗均確定，且相互匹配的情況下，EMI濾波器對(duì)共模和差模噪聲的抑制作用，如圖3所示。  圖3 濾波器差模與共模衰減 2 設(shè)計(jì)EMI濾波器的實(shí)際方法 2.1 設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)考慮 EMI濾波器的效果不但依賴(lài)于其自身，還與噪聲源阻抗及電網(wǎng)阻抗有關(guān)。電網(wǎng)阻抗Zsink通常利用靜態(tài)阻抗補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)(LISN)來(lái)校正，接在濾波器與電網(wǎng)之間，包括電感、電容和一個(gè)50Ω電阻，從而保證電網(wǎng)阻抗可由已知標(biāo)準(zhǔn)求出。而EMI源阻抗則取決于不同的變換器拓?fù)湫问健? 以典型的反激式開(kāi)關(guān)電源為例，如圖4（a）所示，其全橋整流電路電流為斷續(xù)狀態(tài)，電流電壓波形如圖5所示。對(duì)于共模噪聲，圖4(b)所示Zsource可以看作一個(gè)電流源IS和一個(gè)高阻抗ZP并聯(lián)；圖4(c)中對(duì)于差模噪聲，取決于整流橋二極管通斷情況，Zsource有兩種狀態(tài)：當(dāng)其中任意兩只二極 |
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