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教你如何通俗理解开关电源EMI

发布时间:2020-07-21 18:32:02 阅读: 来源:剥线机厂家

先简单介绍一下下EMI:EMI翻译成中文就是电磁干扰。其实所有的电器设备,都会有电磁干扰。只不过严重程度各有不同。电磁干扰会影响各种电器设备的正常工作,会干扰通信数据的正常传递,虽然对人体的伤害尚无定论,但是普遍认为对人体不利。所以很多国家和地区对电器的电磁干扰程度有严格的规定。当然电源也不例外的,所以我们有理由好好了解EMI以及其抑制方法。 下面结合一些专家的文献来描述EMI.

首先EMI 有三个基本面

噪音源:发射干扰的源头, 如同传染病的传染源

耦合途径:传播干扰的载体,如同传染病传播的载体,食物,水,空气.......

接收器:被干扰的对象,被传染的人。

缺少一样,电磁干扰就不成立了。所以,降低电磁干扰的危害,也有三种办法:

1. 从源头抑制干扰。

2.切断传播途径

3.增强抵抗力,这个就是所谓的EMC(电磁兼容)

解释以下名词:

传导干扰:也就是噪音通过导线传递的方式。

辐射干扰:也就是噪音通过空间辐射的方式传递。

差模干扰:由于电路中的自身电势差,电流所产成的干扰,比如火线和零线,正极和负极。

共模干扰:由于电路和大地之间的电势差,电流所产生的干扰。

通常我们去实验室测试的项目:

传导发射:测试你的电源通过传导发射出去的干扰是否合格。

辐射发射:测试你的电源通过辐射发射出去的干扰是否合格。

传导抗扰:在具有传导干扰的环境中,你的电源能否正常工作。

辐射抗扰:在具有辐射干扰的环境中,你的电源能否正常工作。

首先来看,噪音的源头:

任何周期性的电压和电流都能通过傅立叶分解的方法,分解为各种频率的正弦波。

所以在测试干扰的时候,需要测试各种频率下的噪音强度。

那么在开关电源中,这些噪音的来源是什么呢?

开关电源中,由于开关器件在周期性的开合,所以,电路中的电流和电压也是周期性的在变化。那么那些变化的电流和电压,就是噪音的真正源头。那么有人可能会问,我的开关频率是100KHz的,但是为什么测试出来的噪音,从几百K到几百M都有呢?

我们把同等有效值,同等频率的各种波形做快速傅立叶分析:

蓝色: 正弦波

绿色: 三角波

红色: 方波

可以看到,正弦波只有基波分量,但是三角波和方波含有高次谐波,谐波最大的是方波。

也就是说如果电流或者电压波形,是非正弦波的信号,都能分解出高次谐波。

那么如果同样的方波,但是上升下降时间不同,会怎样呢。

同样是100KHz的方波

红色:上升下降时间都为100ns

绿色:上升下降时间都为500ns

可以看到红色的高次谐波明显大于绿色。

我们继续分析下面两种波形,

A: 有严重高频震荡的方波, 比如MOS,二极管上的电压波形。

B:用吸收电路,把方波的高频振荡吸收一下。

分别做快速傅立叶分析:

可以看到在振荡频率(大概30M)之后,A波形的谐波,要大于B波形。

再来看,下面的波形,一个是具有导通尖峰的电流波形,一个没有导通尖峰。

对两个波形做傅立叶分析:

可以看到红色波形的高次谐波,要大于绿色波形,继续对两个波形,作分析

红色: 固定频率的信号,绿色:具有稍微频率抖动的信号

可以看到,频率抖动,可以降低低频段能量。进一步,放大低频段的频谱能量:

可以看到,频率抖动就是把频谱能量分散了,而固定频率的频谱能量,集中在基波的谐波频率点,所以峰值比较高,容易超标。

最后稍微总结一下,如果从源头来抑制EMI。

1.对于开关频率的选择,比如传导测试150K-30M,那么在条件容许的情况下,可选择130K之类的开关频率,这样基波频率可以避开测试。

2.采用频率抖动的技术。频率抖动可以分散能量,对低频段的EMI有好处。

3.适当降低开关速度,降低开关速度,可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。对高频段的EMI有好处。

4.采用软开关技术,比如PSFB,AHB之类的ZVS可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。对高频段的EMI有好处。而LLC等谐振技术,可以让一些波形变成正弦波,进一步降低EMI。

5.对一些振荡尖峰做吸收,这些管子上的振荡,往往频率很高,会发射很大的EMI.

6.采用反向恢复好的二极管,二极管的反向恢复电流,不但会带来高di/dt.还会和漏感等寄生电感共同造成高的dv/dt.

但事实上,开关电源是EMI发射源无法根本解决。而且一些从源头抑制EMI的方法同时会降低效率,所以从传播途径来抑制EMI显得尤为重要。

下面来看一下传播途径,这个是poon Pong 两位教授总结的传播途径,比较的直观全面。

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