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電源模塊廠家教你如何抑制電磁干擾

2018-10-06

一直以來,如何抑制開關電源模塊的電磁干擾都是工程師在設計中困擾的問題。這不僅關系到其本身的可靠性,同時會影響到整個系統的安全和穩定性。

 

騷擾源、敏感設備與耦合途徑并稱電磁干擾三要素,對于開關電源模塊來說,噪聲的產生在于電流或電壓的急劇變化,即di/dtdv/dt很大,因此高功率和高頻率運作的器件都是EMI噪聲的來源。

 

解決方法都是想法設法的將干擾三要素中的一個去掉,如屏蔽騷擾源、隔離敏感設備或切斷耦合途徑。因為無法讓電磁干擾不產生,只能用一定的方法去減少其對系統的干擾,下面分析下常見的6主要來源和抑制措施。

 

1、外界干擾的耦合

輸入端是電源的入口處,內部的噪聲也可由此傳播到外部,對外界造成干擾。常用抑制措施是在輸入加X和Y電容、差模和共模電感對噪聲和干擾進行過濾。

 

輸出端如果是有長引線的情況,電源模塊跟系統搭配后,內部一些噪聲干擾可能由輸出線而耦合到外界,干擾用電設備。一般是加共模和差模濾波還可以在輸出線串套磁珠環采用雙絞線或屏蔽線,實現抑制EMI干擾。

 

2、開關管

電源模塊由于開關管結電容的存在,在工作時,開關管在快速開關后會產生毛刺和尖峰,開關管的結電容和變壓器的繞組漏感也有可能產生諧振而發出干擾。

 

常用的方法有:

1.開關管DG極串加磁珠環,減小開關管的電流變化率,從而實現減小尖峰

2.在開關管處加緩沖電路或采用軟開關技術,減小開關管在快速工作時的尖峰,使其電壓或電流能緩慢上升

3.減小開關管與周邊組件的壓差,開關管結電容可充電的程度會得到一定的降低

4.增大開關管的G極驅動電阻。

 

3、變壓器

變壓器是電源模塊的儲能組件,在能量的充放過程中,可能會產生噪聲干擾。漏感可以與電路中的分布電容組成振蕩回路,使電路產生高頻振蕩并向外輻射電磁能量,從而造成電磁干擾。一次繞組與二次繞組之間的電位差也會產生高頻變化,通過寄生電容的耦合,從而產生了在一次側與二次側之間流動的共模傳導EMI電流干擾

 

常用的抑制方法有:

1.變壓器加屏蔽,電屏蔽是將初級來的干擾信號與次級隔離開來。可在初、次級之間包一層銅箔內屏蔽,但頭尾不能短路,銅箔要接地,共模傳導干涉信號通過電容-銅箔-接地形成回路,不能進入次級繞組從而起到電屏蔽的作用。

 

磁屏蔽在變壓器外部線包包首尾相連的銅箔外屏蔽。銅箔是良導體,高頻交變漏磁通穿過銅箔的時候會產生渦流,而渦流產生的磁場方向正好與漏磁通的方向相反,部分漏磁通就可以被抵消

2.采用三明治繞法,可以減少初級耦合至變壓器磁芯的高頻干擾。由于初級遠離磁芯,次級電壓低,故引起的高頻干擾小。

3.降低工作頻率,減緩能量的快速充放。

4.一次側和二次側的可靠隔離,一次側和二次側之間的地接Y電容。

5.盡量減小變壓器的漏感,改進電路的分布參數,能在一定程度減小干擾。

 

4、二極管

二極管在快速截止與導通的過程中會有尖峰的產生,特別是整流二極管,其在反向恢復過程中,電路的寄生電感、電容會發生高頻振蕩,產生電磁干擾。

 

常用的抑制干擾方式有RC吸收電路,讓二極管的能量能平緩的泄放,或者在其陰極管腳套一個磁珠環,使其電流不可突變以減小尖峰

 

5、儲能電感

常用的抑制干擾方式有加以屏蔽或調整其參數,避免與回路的電容產生振蕩

 

6PCB的布局與走線

PCB是上述干擾源的耦合通道,PCB的優劣直接對應著對上述EMI源抑制的好壞。同時板上器件的布局和布線不合理都會造成干擾。

 

布局布線需要注意以下幾點:

1.減少干擾最有效方法就是減小各個電流回路的面積磁場干擾和帶電導體的面積及長度電場干擾

2.電路中不相同的地線特別是模擬地和數字地要分開

3.PCB的電源線和地線盡可能寬,以減小線阻抗,從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲

4.對于傳輸信號的線路一定要考慮阻抗匹配