開關(guān)電源EMC經(jīng)驗(yàn)知識(shí)

1、開關(guān)電源EMC經(jīng)驗(yàn)一、 EMC設(shè)計(jì)理念二、 開關(guān)電源 EMI 探討122.1 EMI 產(chǎn)生的根源第一、開關(guān)電源的最大缺點(diǎn)是因切換動(dòng)作（TURN-ON或TURN OFF）產(chǎn)生雜訊電壓為其雜訊源。因切換動(dòng)作的波形為方波，而方波含有很多高次諧波。（ dv/dt）第二、由于開關(guān)電晶體的非線性及二極體的反向恢復(fù)特性，電流作快速的非線性變化引起雜訊。 （di/dt）2.2 EMI的傳播方式和途徑EMI干擾信號(hào)按其特性可分為共模信號(hào)（COMMON MODE）和差模信號(hào)（DIFFERENTIAL MODE）。共模信號(hào)：干擾信號(hào)電流的在兩條回路的導(dǎo)線上的電流方向相對(duì)大地是相同的信號(hào)，稱為共模信號(hào)，見下左圖；差模

2、信號(hào)：干擾信號(hào)電流的在兩條回路的導(dǎo)線上的電流方向相對(duì)大地是相反的信號(hào)，稱為差模信號(hào)，見下右圖。2.3 常用低通濾波結(jié)構(gòu)的劃分2.4 電源輸入濾波器的設(shè)計(jì)2.4.1 共模差模分開設(shè)計(jì)（以型為例）2.4.2 濾波器共模部分設(shè)計(jì)2.4.3 濾波器差模部分設(shè)計(jì)2.4.4 濾波器的安裝共模電感的繞制共模扼流圈中的負(fù)載電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵銷，因此磁芯不會(huì)飽和。磁珠阻抗注意：共模電感和磁珠 需要測(cè)量溫升!2.5 拓?fù)銭MI 分析舉例三、 Flyback 架構(gòu)EMI 分析1233.1 Flyback的高頻等效模型3.2 Noise 源大的di/dt和dv/dt 產(chǎn)生的地方，對(duì)Flyback架構(gòu)來(lái)說(shuō)，會(huì)產(chǎn)生這些

3、變化的主要有：a) 變壓器TX1；b) MOSFET Q1 ；c) 輸出二極管D1；d) 芯片的RC振蕩；e) 驅(qū)動(dòng)信號(hào)線；3.2.1 MOSFET的Noise 如下圖，Q1 上 Vds 的波形所示，主要來(lái)自三個(gè)方面：Mosfet開通、關(guān)斷時(shí)，具有很寬的頻譜含量，開關(guān)頻率的諧波本身就是較強(qiáng)的干擾源。關(guān)斷時(shí)的振蕩 1產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。關(guān)斷時(shí)的振蕩 2產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。開關(guān)管 Q1關(guān)斷，副邊二極管D1導(dǎo)通時(shí)（帶載），原邊的勵(lì)磁電感被鉗制，原邊漏感Lep的能量通過(guò)Q1的寄生電容Cds進(jìn)行放電，主放電回路為L(zhǎng)epCdsRsC1Lep，此時(shí)產(chǎn)生振蕩振蕩的頻率為：在Lep上的振蕩電壓Vlep迭加在2Vc1上，

4、致使Vds=2Vc1+Vlep 。振蕩的強(qiáng)弱，將決定我們選取的管子的耐壓值、電路的穩(wěn)定性。量測(cè)Lep=6.1uH, Q1為2611查規(guī)格書可得Coss=190pF（Coss近似等于Cds）,而此充電板為兩個(gè)管子并聯(lián)，所以Cds=380pF 。由上式可求得f =3.3 MHz，和下圖中的振蕩頻率吻合。從圖中可看出 此振蕩是一衰減的振蕩波，其初始的振蕩峰值決定于振蕩電路的Q值：Q值越大，峰值就越大。Q值小，則峰值小。為了減小峰值，可減小變壓器的漏感Lep,加大Cds和電路的阻抗R。而加入Snubber電路是 極有效之方法。振蕩2發(fā)生在Mosfet Q1關(guān)斷，副邊二極管由通轉(zhuǎn)向關(guān)斷，原邊勵(lì)磁電感被釋

5、放(這時(shí)Cds被充至2Vc1)，Cds和原邊線圈的雜散電容Clp為并聯(lián)狀態(tài)，再和原邊電感Lp（勵(lì)磁電感和漏感之和）發(fā)生振蕩。放電回路同振蕩1。振蕩頻率為：在Lp上的振蕩電壓Vlp迭加在Vc1上，致使Vds=Vc1+Vlp 。量測(cè)Lp=0.4mH；Q1為2611，查規(guī)格書可得Coss=190pF（Coss近似等于Cds）,而此充電板為兩個(gè)管子并聯(lián)，所以Cds=380pF；Clp在200KHz時(shí)測(cè)得為Clp=1.6nF。由上式可求得：f =178.6KHz，和下圖中190.5K吻合。我們可實(shí)行的改善措施有兩個(gè)：1、減小Noise的大小；2、切斷或改善傳播途徑。1.減小Noise 的大?。菏紫瓤紤]以

6、下三個(gè)方面：Mosfet、Diode動(dòng)作時(shí)，具有很寬的頻譜含量，開關(guān)頻率的諧波本身就是較強(qiáng)的干擾源。措施：在滿足所要求的效率、溫升條件下，我們可盡量選開關(guān)較平緩的管子。而通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電阻也可達(dá)到這一目的。Q1、D1 的振蕩 1會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。措施：*對(duì)寄生電容Cds、Cj 的處理：在Q1的ds極、二極管的兩端各并上一681小電容，來(lái)降低電路的Q 值，從而降低振蕩的振幅A，同時(shí)能降低振蕩頻率f。需注意的是：此電容的能量1/2Cu2將全部消耗在Q1上，所以管子溫升是個(gè)問(wèn)題。解決的辦法是使用RC snubber, 讓能量 消耗在 R上。同時(shí)R能起到減小振幅的作用。*對(duì)變壓器的漏感Le的處理：1、變

7、壓器采用 三明治 繞法，以減小漏感。2、在變壓器的繞組上加吸收電路。3、減小Q1 D極到變壓器的引線長(zhǎng)度。（此引線電感和漏感相迭加）采取上述 措施降低振蕩 1的影響之后得下圖。： Q1 D1 上的振蕩 2 會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)干擾。分析方法和相同，但此時(shí) 電感已變得很大了（主要為為勵(lì)磁電感），因此漏感和引線電感對(duì)的影響相對(duì)較小。同樣從上面的分析中，可看出Nosie 的傳播途徑主要是通過(guò)變壓器的雜散電容Ctx；Mosfet/Diode到散熱片的雜散電容Cm/Cd；及散熱片到地的雜散電容Ce等途徑而耦合到LISN被取樣電阻所俘獲。措施一：在Rs的地端和C2的地間接一個(gè)Y電容（）。原理分析：它的作用是雙重的，

8、一是為Mosfet動(dòng)作產(chǎn)生且串到變壓器副邊的noise 電流（如I4）,提供一個(gè)低阻抗的回路，減小到地的電流。二是為二次側(cè)Diode產(chǎn)生的且串到變壓器原邊的noise 電流提供低阻抗回路，從而減小流過(guò)LISN的電流。其效果如下圖：紅色為：未改善之前；藍(lán)色為：采取措施之后措施二：變壓器加法拉第銅環(huán)：變壓器是Noise傳播的主要通道之一，其中初級(jí)線圈和次級(jí)線圈間雜散電容Ctx是重要因素。而在變壓器內(nèi)部加法拉第銅環(huán)是減小Ctx 的有效的方法之一。措施三：散熱片接Rs的地端：目的為了將 散熱片Ce地LISN這一支路 旁路掉，從而減小到地的電流。其效果如下圖：可看出，在低頻時(shí)較有效；在高頻時(shí)， 效果不明

9、顯，這主要是因?yàn)樵诟哳l時(shí)，管腳直接對(duì)地的電容已有相當(dāng)?shù)淖饔谩＜t色為：散熱片未接地；藍(lán)色為：散熱片接地當(dāng)綜合上述所有措施后，EMI總效果對(duì)比如圖所示：紅色為：未采取措施前；藍(lán)色為：綜合上述措施后四、 國(guó)際認(rèn)證體系簡(jiǎn)介44.1 歐標(biāo) 認(rèn)證EMC Mark EMC Standard 分為EMI (電磁干擾測(cè)試) & EMS (電磁相容測(cè)試) 兩部分：1. EMI部分為 EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3；2. EMS部分為 EN55024 內(nèi)含7項(xiàng)測(cè)試:EN55022為Radiation Test & Conduction Test (傳導(dǎo) &

10、 幅射測(cè)試);EN61000-3-2為Harmonic Test (電源諧波測(cè)試);EN61000-3-3為Flicker Test (電壓變動(dòng)測(cè)試)EN61000-4-2為ESD Test (靜電測(cè)試);EN61000-4-3為RS Test EN61000-4-4為EFT Test (電子快速脈衝測(cè)試);EN61000-4-5為Surge Test (雷擊測(cè)試)EN61000-4-6為CS Test (傳導(dǎo)耐受度測(cè)試);EN61000-4-8為PFMF Test EN61000-4-11為DIP Test (電壓突降測(cè)試)4.2 美標(biāo)認(rèn)證EEMI Mark FCC (強(qiáng)制性) Standard FCC Part 15 (EMI 電磁干擾測(cè)試)申請(qǐng)方式1. Class A 自我認(rèn)証2. Cl