EMC產(chǎn)生與解決

1、中心議題： * 開關(guān)電源EMC的產(chǎn)生機理及其傳播途徑 * 開關(guān)管、整流二極管的振蕩會產(chǎn)生較強的干擾 * 開關(guān)電源EMI的特點 解決方案： * 使輸入和輸出端遠離噪音元件 * 使噪音元件遠離外殼邊緣 * 保持屏蔽體和散熱片遠離變壓器。 * 調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值 * 防止EMI濾波電感飽和等開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理及其傳播途徑功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動作是導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導(dǎo)致了更為嚴重的EMI問題。開關(guān)電源工作時，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時間內(nèi)上升和下降的，因此，開關(guān)電源本身是一個噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源產(chǎn)生

2、的干擾，按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;假設(shè)按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本方法是削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：1、二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾 交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動電壓，經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。 高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其

3、受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，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間里，電流會反向流動，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、開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾 功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時,這種諧 波干擾將會很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產(chǎn)生 尖峰干擾。3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾 無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的

4、尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾；而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。 4、其他原因 元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計不夠完美，印刷線路板PCB走線通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。Flyback 架構(gòu)noise 在頻譜上的反響0.15 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾。0.2 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的4

5、次諧波和Mosfet 振蕩2190.5KHz基波的迭加，引起的干擾;所以這局部較強。0.25 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;0.35 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;0.39 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的8次諧波和Mosfet 振蕩2190.5KHz基波的迭加引起的干擾;1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diode 振蕩11.31MHz的基波引起的干擾; 3.3 MHz處產(chǎn)生的振蕩是Mosfet 振蕩13.3MHz的基波引起的干擾;開關(guān)管、整流二極管的振蕩會產(chǎn)生較強的干擾設(shè)計開關(guān)電源時防止EMI的措施:1.把噪音電路節(jié)點的PCB銅箔面積最大限度地減小;如開關(guān)管

6、的漏極、集電極，初次級繞組的節(jié)點，等。 2.使輸入和輸出端遠離噪音元件，如變壓器線包，變壓器磁芯，開關(guān)管的散熱片，等等。3. 使噪音元件如未遮蔽的變壓器線包，未遮蔽的變壓器磁芯，和開關(guān)管，等等遠離外殼邊緣，因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線。 4. 如果變壓器沒有使用電場屏蔽，要保持屏蔽體和散熱片遠離變壓器。 5. 盡量減小以下電流環(huán)的面積：次級輸出整流器，初級開關(guān)功率器件，柵極基極驅(qū)動線路，輔助整流器。6.不要將門極基極的驅(qū)動返饋環(huán)路和初級開關(guān)電路或輔助整流電路混在一起。7.調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值，使它在開關(guān)的死區(qū)時間里不產(chǎn)生振鈴響聲。8. 防止EMI濾波電感飽和。9.使拐彎節(jié)點和

7、次級電路的元件遠離初級電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片。10.保持初級電路的擺動的節(jié)點和元件本體遠離屏蔽或者散熱片。11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端。12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線端子。13. 使EMI濾波器對面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離。14.在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻。15.在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻。16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻。17.在PCB設(shè)計時允許放1nF/ 500 V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間。18.保持EMI濾波器遠離功率變壓器;尤其是防止定位在繞包的端部。19.在P

8、CB面積足夠的情況下, 可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端。20.空間允許的話在開關(guān)功率場效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個小徑向引線電容器米勒電容， 10皮法/ 1千伏電容。21.空間允許的話放一個小的RC阻尼器在直流輸出端。22. 不要把AC插座與初級開關(guān)管的散熱片靠在一起。開關(guān)電源EMI的特點 作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強度較大；干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開關(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)干擾和近場干擾

9、；而印刷線路板 (PCB)走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。1MHZ以內(nèi)-以差模干擾為主,增大X電容就可解決1MHZ-5MHZ-差模共模混合,采用輸入端并一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并解決;5M-以上以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法.對于外殼接地的,在地線上用一個磁環(huán)繞2圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);對于25-30MHZ不過可以采用加大對地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCB LAYOUT、輸出線前面接一個雙線并繞的小磁環(huán),最少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器.30-50MHZ

10、 普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起,可以用增大MOS驅(qū)動電阻,RCD緩沖電路采用1N4007慢管,VCC供電電壓用1N4007慢管來解決.100-200MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起,可以在整流管上串磁珠100MHz-200MHz之間大局部出于PFC MOSFET及PFC 二極管,現(xiàn)在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果,水平方向根本可以解決問題,但垂直方向就很無奈了。開關(guān)電源的輻射一般只會影響到100M 以下的頻段.也可以在MOS,二極管上加相應(yīng)吸收回路,但效率會有所降低。1MHZ 以內(nèi)-以差模干擾為主1.增大X 電容量；2.添加差模電感；3.小功率電源可采用PI 型濾波器處理(建

11、議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。1MHZ-5MHZ-差模共?；旌喜捎幂斎攵瞬⒙?lián)一系列X 電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并以解決，1.對于差模干擾超標可調(diào)整X 電容量,添加差模電感器，調(diào)差模電感量;2.對于共模干擾超標可添加共模電感,選用合理的電感量來抑制；3.也可改變整流二極管特性來處理一對快速二極管如FR107 一對普通整流二極管1N4007。5M-以上以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法。對于外殼接地的，在地線上用一個磁環(huán)串繞2-3 圈會對10MHZ 以上干擾有較大的衰減作用;可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔, 銅箔閉環(huán).處理后端輸出整流管的吸收電路和初級大電路并聯(lián)電容的大小。2

12、0-30MHZ1.對于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對地Y2 電容量或改變Y2 電容位置；2.調(diào)整一二次側(cè)間的Y1 電容位置及參數(shù)值；3.在變壓器外面包銅箔；變壓器最里層加屏蔽層；調(diào)整變壓器的各繞組的排布。4.改變PCB LAYOUT；5.輸出線前面接一個雙線并繞的小共模電感；6.在輸出整流管兩端并聯(lián)RC 濾波器且調(diào)整合理的參數(shù)；7.在變壓器與MOSFET 之間加BEAD CORE；8.在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容。9. 可以用增大MOS 驅(qū)動電阻.30-50MHZ 普遍是MOS 管高速開通關(guān)斷引起1.可以用增大MOS 驅(qū)動電阻；2.RCD 緩沖電路采用1N4007 慢管；3.VCC 供電電壓用1N

13、4007 慢管來解決；4.或者輸出線前端串接一個雙線并繞的小共模電感；5.在MOSFET 的D-S 腳并聯(lián)一個小吸收電路；6.在變壓器與MOSFET 之間加BEAD CORE；7.在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容；8.PCB 心LAYOUT 時大電解電容，變壓器，MOS 構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小；9.變壓器，輸出二極管，輸出平波電解電容構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小。50-100MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起1.可以在整流管上串磁珠；2.調(diào)整輸出整流管的吸收電路參數(shù)；3.可改變一二次側(cè)跨接Y電容支路的阻抗,如PIN腳處加BEAD CORE或串接適當(dāng)?shù)碾娮瑁?.也可改變MOSFET，輸出整流二極

14、管的本體向空間的輻射如鐵夾卡MOSFET; 鐵夾卡DIODE，改變散熱器的接地點。5.增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射.200MHZ 以上 開關(guān)電源已根本輻射量很小，一般可過EMI 標準。EMC測試主要分類有:1.EMIElectro-Magnetic Interference-電磁騷擾測試(干擾)      此測試之目的為：檢測電器產(chǎn)品所產(chǎn)生的電磁輻射對人體、公共電網(wǎng)以及其他正常工作之  電器產(chǎn)品的影響。EMI測試主要包含什么內(nèi)容？       Radiated Emission

15、 輻射騷擾測試       Conducted Emission傳導(dǎo)騷擾測試       Harmonic諧波電流騷擾測試       Flicker電壓變化與閃爍測試2. EMSElectro-Magnetic Susceptibility-電磁抗擾度測試(抗干擾能力)      此測試之目的為：檢測電器產(chǎn)品能否在電磁環(huán)境中穩(wěn)定工作，不受影響。EMS測試主要包含什么

16、內(nèi)容？       ESD靜電抗擾度測試       RS射頻電磁場輻射抗擾度測試       CS射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度測試       DIP電壓暫降，短時中斷和電壓變化抗擾度測試       SURGE浪涌沖擊抗擾度測試      

17、; EFT電快速瞬變脈沖群抗擾度測試       PFMF工頻磁場抗擾度測試雜散定義：指用標準測試信號調(diào)制時在除載頻和由于正常調(diào)制和切換瞬態(tài)引起的邊帶及鄰道以外離散頻率上的輻射既遠端輻射。雜散輻射按其來源可分為傳導(dǎo)型和輻射型兩種。傳導(dǎo)雜散：指在天線的接頭處50歐姆負載上測得的任意離散信號的電平功率。輻射雜散：測試設(shè)備的機殼、結(jié)構(gòu)及互連電纜引起的雜散騷擾。測試條件首選在電波暗室內(nèi)進行，或是在戶外進行EMC測試標準測試工程對應(yīng)IEC標準對應(yīng)EN標準對應(yīng)GB標準靜電ESDIEC 61000-4-2EN 61000-4-2GB/T 17626.2輻射抗干擾(射頻電磁場輻射抗擾度測試)R/SIEC 61000-4-3EN 61000-4-3GB/T 17626.3快速脈沖EFT/BIEC 61000-4-4EN 61000-4-4GB/T 17626.4雷擊(浪涌)SurgeIEC 61000-4-5EN 61000-4-5GB/T 17626.5射頻場感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾抗擾度