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1、開關(guān)電源運(yùn)行中的電磁、干擾及其抑制 開關(guān)電源對電網(wǎng)的干擾電壓是在電網(wǎng)和開關(guān)電源之間加入LISN的50的電阻上測得的。圖1是德國標(biāo)準(zhǔn)VDE和美國標(biāo)準(zhǔn)FCC規(guī)定的開關(guān)電源對電網(wǎng)傳導(dǎo)干擾的極限。標(biāo)準(zhǔn)又有A類和B類之分。A類是針對那些用在工業(yè)、商業(yè)和辦公環(huán)境的裝置的,B類則是針對那些用于民居的裝置而設(shè)立的,B類的標(biāo)準(zhǔn)則要求更高。圖1標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電源傳導(dǎo)發(fā)射的極限常用的減小對電網(wǎng)干擾的方法有以下幾種。1)減少開關(guān)動(dòng)作過程中產(chǎn)生的電壓跳變的過沖減少電壓過沖既可以避開關(guān)電源對電網(wǎng)的干擾電壓是在電網(wǎng)和開關(guān)電源之間加入LISN的50的電阻上測得的。圖1是德國標(biāo)準(zhǔn)VDE
2、和美國標(biāo)準(zhǔn)FCC規(guī)定的開關(guān)電源對電網(wǎng)傳導(dǎo)干擾的極限。標(biāo)準(zhǔn)又有A類和B類之分。A類是針對那些用在工業(yè)、商業(yè)和辦公環(huán)境的裝置的,B類則是針對那些用于民居的裝置而設(shè)立的,B類的標(biāo)準(zhǔn)則要求更高。圖1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電源傳導(dǎo)發(fā)射的極限常用的減小對電網(wǎng)干擾的方法有以下幾種。1)減少開關(guān)動(dòng)作過程中產(chǎn)生的電壓跳變的過沖減少電壓過沖既可以避免開關(guān)管承受過高的電壓,又可以減小對電網(wǎng)的高頻噪聲(見圖2)。選擇反向恢復(fù)電流小的二極管(如碳化硅二極管)也是一種減小干擾源強(qiáng)度的可行方法。雖然調(diào)整觸發(fā)脈沖的跳變沿和加大柵極的電阻等可以降低|du/dt|,但這會(huì)加大開關(guān)損耗和降低整個(gè)裝置的效率,需要從開關(guān)電源的各項(xiàng)性能來綜合考慮
3、。2)調(diào)制策略上的改進(jìn)將頻率不變的調(diào)制改變?yōu)殡S機(jī)調(diào)制(Random Modulation)、變頻調(diào)制(SwitchingFreguency Modulation)和所謂“”調(diào)制等。頻率固定不變的調(diào)制脈沖產(chǎn)生的干擾低頻段主要是調(diào)制頻率的諧波干擾,低頻段的干擾主要是集中在各諧波點(diǎn)上,隨機(jī)調(diào)制等三種方法產(chǎn)生的低頻干擾則分散在一定的頻段上,因此,采用這些措施是有利于開關(guān)電源通過電磁干擾的頻譜特性測試,使之符合電源的電磁標(biāo)準(zhǔn)。國際上對這一方面的研究也是比較多的。例如,采用頻率抖動(dòng)技術(shù)來減小電磁干擾,就是采用的這種方法:TOPGX系列芯片是一種內(nèi)部集成了PWM控制電路和MOSFET的功能芯片。工作頻率為1
4、32kHz,并周期性地以132kHz為中心上下變動(dòng)4kHz,如圖2a)所示。在4ms周期(頻率為250Hz)內(nèi),完成一次從128136 kHz之間的頻率抖動(dòng),其頻率變化和開關(guān)電壓的波形如圖2(a)所示。采用相同的外圍電路進(jìn)行對比測量,當(dāng)初級峰值電流相同時(shí),采用頻率抖動(dòng)技術(shù)的電源其EMI測量的結(jié)果如圖2(c)所示,而未采用頻率抖動(dòng)技術(shù)的電源其EMI測量的結(jié)果如圖2(b)所示。通過比較(b)、(c)兩圖的準(zhǔn)峰值(QP)和平均值(AV)可知,未采用頻率抖動(dòng)技術(shù)時(shí),各次諧波較窄雨且離散,諧波在頻率處的幅值較高;采用頻率抖動(dòng)技術(shù)時(shí),諧波幅值降低了并且變得平滑,高次諧波接近連續(xù)響應(yīng)。減小EMI的效果十分明
5、顯。圖2 頻率抖動(dòng)技術(shù)及對減小EMI的作用3)增加輸入濾波器前兩種方法是從減小干擾源的強(qiáng)度著手的,而增加濾波器則是考慮改變耦合通道的特性。如前所述,增加共模濾波器可以減小開關(guān)電源對電網(wǎng)的干擾。從圖3可知,無輸入濾波器,電源對電網(wǎng)的干擾已經(jīng)越過了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。加人輸入濾波器以后,此電源對電網(wǎng)的干擾就符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)了。在測量時(shí),考慮到開關(guān)電源對電網(wǎng)的低頻段(10150kHz)干擾主要是開關(guān)頻率整數(shù)倍的各次諧波,故掃描儀的頻帶分辨率為200Hz,而在150kHz30MHz頻段,頻帶的分辨率為9kHz。圖3 有、無輸入濾波器對電網(wǎng)干擾的比較此外,適當(dāng)?shù)钠帘我部梢詼p小開關(guān)電源對電網(wǎng)的干擾。需要指出的是:電
6、源通過電磁兼容的測試鑒定,達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求,和電源在使用過程中會(huì)不會(huì)引起不允許的干擾是兩回事。達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的電源使用或處理不當(dāng),在使用中引起嚴(yán)重的干擾是完全可能的。開關(guān)電源既是一個(gè)電源裝置,也是一個(gè)噪聲發(fā)生裝置。它和受擾體之間是通過耦合通道連接在一起的,顯然耦合通道的特性與受擾體的特性配合不好而引起嚴(yán)重的干擾是可能的,開關(guān)電源并聯(lián)供電引起整個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象也是實(shí)際存在事實(shí)。有的受擾體對干擾波形敏感,如有的文獻(xiàn)所指出的,有的數(shù)字電路在干擾脈沖的作用下,會(huì)不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作與波形有關(guān),即不僅與脈沖的幅度有關(guān),而且還與脈寬有關(guān)。即使開關(guān)電源達(dá)到了圖1所示的標(biāo)準(zhǔn),但它對外產(chǎn)生干擾的波形引起嚴(yán)重的干擾問題仍是可
7、能的?;谝陨系目紤],有的開關(guān)電源用戶,除了要按標(biāo)準(zhǔn)檢測開關(guān)電源的電磁兼容性能外,還要增加一些在開關(guān)電源的特定的使用條件下的某些干擾性能的檢測,如紐約地鐵公司就是這樣做的。此外,有的開關(guān)器件在開通和關(guān)斷時(shí)、所產(chǎn)生的電壓、電流跳變是不同的,開通時(shí)產(chǎn)生的|du/dt|大于關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的|du/dt|,對外產(chǎn)生的干擾也是前者大于后者。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了這一點(diǎn)。一臺(tái)IGBT組成的逆變電源,供電給電動(dòng)機(jī),在圖4(a)中上面的曲線為IGBT開關(guān)動(dòng)作時(shí)電源內(nèi)某兩處的電流波形;圖4(b)為電源外部電動(dòng)機(jī)的接地電流波形。由圖可知,逆變電源IGBT開關(guān)關(guān)斷時(shí)的電流跳變(無論是電源內(nèi)部或是電源外部的接地電流)均遠(yuǎn)小于開關(guān)開通時(shí)的電流跳變。而且開通時(shí)的跳變與負(fù)載等基本無關(guān)。如果采用隨如調(diào)制電源和固定頻率調(diào)制的電源,兩者開關(guān)器件(如IGBT)驅(qū)動(dòng)回路的參數(shù)和驅(qū)動(dòng)脈沖都相同,因此兩者的開關(guān)電壓
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