開關(guān)電源前端概述

開關(guān)電源前端概述第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一2開關(guān)電源前端EMC概述電力電子電路與拓撲報告人：12345第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一3*緒論EMC基礎理論2基本電路及其典型應用4內(nèi)容提要123總結(jié)第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一4序論電磁兼容是一門新興的綜合性學科。電磁兼容學科主要研究的是如何使在同一電磁環(huán)境下工作的各種電氣電子設備和元器件都能正常工作，互不干擾，達到兼容狀態(tài)。電磁兼容概述1第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一5電磁兼容性EMC（ElectromagneticCompatibility）設備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即該設備不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設備的電磁發(fā)射導致不允許的降級；也不會使同一電磁環(huán)境中其他設備因受其電磁發(fā)射而導致不允許的降級。電磁干擾EMI（ElectromagneticInterference)電磁騷擾導致電子設備相互影響，并引起不良后果的一種電磁現(xiàn)象。輻射發(fā)射RE(RadiatedEmission)通過空間傳播的、無用的或不希望有的電磁能量。傳導發(fā)射CE(ConductedEmission)沿電源或信號線傳輸?shù)碾姶虐l(fā)射。電磁敏感性EMS（ElectromagneticSusceptibility)設備暴露在電磁環(huán)境下所呈現(xiàn)的不希望有的響應程度。即設備對周圍電磁環(huán)境敏感程度的度量。電磁敏感意味著電磁環(huán)境已經(jīng)造成設備性能的降低。輻射敏感度RS（RadiatedSusceptibility)對造成設備性能降級的輻射騷擾場的度量。傳導敏感度CS（ConductedSusceptibility)當引起設備性能降級時，對從傳導方式引入的騷擾信號電流或電壓的度量1.電磁兼容常用名詞術(shù)語第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一2.電磁干擾三要素6（1）

電磁騷擾源，指產(chǎn)生電磁騷擾的元件、器件、設備或自然現(xiàn)象；（2）

耦合途徑或稱耦合通道，指把能量從騷擾源耦合到敏感設備上，并使該設備產(chǎn)生響應的媒介；（3）

敏感設備，指對電磁騷擾產(chǎn)生響應的設備。第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一7

電磁兼容學科研究的主要內(nèi)容是圍繞構(gòu)成電磁干擾的三要素進行的，即對電磁騷擾源、耦合通道和敏感設備的研究。騷擾源的研究包括其發(fā)生的機理、時域和頻域的定量描述，以便從源端來抑制干擾的發(fā)射，通常采用濾波技術(shù)來限制騷擾源的頻譜寬度和幅值。騷擾的耦合通道有二條：1，通過空間輻射；2，通過導線傳導。輻射發(fā)射主要研究在遠場條件下騷擾以電磁波的形式發(fā)射的規(guī)律以及在近場條件下的電磁耦合。通常采用屏蔽技術(shù)來阻斷騷擾的輻射。傳導發(fā)射討論騷擾延導線傳輸?shù)挠绊憽Ｍǔ鲗Оl(fā)射通過公共地線、公共電源線和互連線而實現(xiàn)。電磁兼容的研究內(nèi)容還包括電磁兼容控制技術(shù)、測量技術(shù)、分析預測等。3.電磁兼容研究的主要內(nèi)容第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一8最常用也是最基本的電磁兼容控制技術(shù)是屏蔽、濾波、接地。此外平衡技術(shù)、低電平技術(shù)等也是電磁兼容的重要控制技術(shù)。1.屏蔽主要用于切斷通過空間的靜電耦合、感應耦合形成的電磁噪聲傳播途徑，這三種耦合又對應于靜電屏蔽、磁場屏蔽與電磁屏蔽，衡量屏蔽的質(zhì)量采用屏蔽效能這一指標。2.濾波在頻域上處理電磁噪聲的一種技術(shù)，其特點是將不需要的一部分頻譜濾掉。3.接地提供有用信號或無用信號，電磁噪聲的公共通路。接地的好壞則直接影響到設備內(nèi)部和外部的電磁兼容性。4.基本的電磁兼容控制技術(shù)第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一9*電磁兼容標準主要通過標準化組織來制訂，國際上制定電磁兼容的主要標準化組織如下表所示。5.電磁兼容標準IEC(國際電工委員會)CENELEC(歐洲電工標準化委員會)由歐共體委員會授權(quán)制訂歐洲標準第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一10*電磁兼容標準分為基礎標準、通用標準、產(chǎn)品類標準和專用產(chǎn)品標準?；A標準：描述了EMC現(xiàn)象、規(guī)定了EMC測試方法、設備，定義了等級和性能判據(jù)。基礎標準不涉及具體產(chǎn)品。產(chǎn)品類標準：針對某種產(chǎn)品系列的EMC測試標準。往往引用基礎標準，但根據(jù)產(chǎn)品的特殊性提出更詳細的規(guī)定。通用標準：按照設備使用環(huán)境劃分的，當產(chǎn)品沒有特定的產(chǎn)品類標準可以遵循時，使用通用標準來進行EMC測試。對使設備的功能完全正常，也要滿足這些標準的要求。6.電磁兼容標準分類第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一11*7.產(chǎn)品EMC設計的重要性產(chǎn)品的EMC性能好壞，還關(guān)系到產(chǎn)品的穩(wěn)定性，影響客戶滿意度；主要表現(xiàn)在：（1）

產(chǎn)品EMC設計考慮不周易引起內(nèi)部串擾，影響產(chǎn)品穩(wěn)定性；（2）

抗外部干擾能力差，工作難穩(wěn)定；（3）產(chǎn)生干擾會引起客戶投訴。最后產(chǎn)品的EMC性能好壞還與產(chǎn)品的競爭力密切相關(guān)。相同的產(chǎn)品有還是沒有通過CE認證在市場競爭中常常可以起到?jīng)Q定性的作用。第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一12*2EMC基礎理論電磁騷擾傳播或耦合，通常分為兩大類：即傳導騷擾傳播和輻射騷擾傳播。通過導體傳播的電磁騷擾，叫傳導騷擾；通過空間傳播的電磁騷擾，叫輻射騷擾。第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一13共阻抗耦合由兩個回路經(jīng)公共阻抗耦合而產(chǎn)生，干擾量是電流i或變化的電流di/dt。容性耦合在干擾源與干擾對稱之間存在著分布電容而產(chǎn)生，干擾量是變化的電場，即變化的電壓du/dt。感性耦合在干擾源與干擾對稱之間存在著互感而產(chǎn)生，干擾量是變化的磁場，即變化的電流di/dt。1.EMC的傳導干擾第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一14共阻抗耦合干擾抑制方法1）讓兩個電流回路或系統(tǒng)彼此無關(guān)。信號相互獨立，避免電路的連接，以避免形成電路性耦合。2）限制耦合阻抗，使耦合阻抗愈低愈好，當耦合阻抗趨于零時，稱為電路去耦。為使耦合阻抗小，必須使導線電阻和導線電感都盡可能小。3）電路去耦：即各個不同的電流回路之間僅在唯一的一點作電的連接，在這一點就不可能流過電路性干擾電流，于是達到電流回路間電路去耦的目的。4）隔離：電平相差懸殊的相關(guān)系統(tǒng)（比如信號傳輸設備和大功率電氣設備之間），常采用隔離技術(shù)。第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一152.容性耦合干擾抑制方法為了抑制電容性干擾可以采取以下措施：1）干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應使電壓變化幅度和變化率盡可能地??；2）被干擾系統(tǒng)應盡可能設計成低阻；3）兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應使耦合電容盡量小。例如電線、電纜系統(tǒng)，則應使其間距盡量大，導線短，避免平行走線；4）可對干擾源的干擾對象進行電氣屏蔽，屏蔽的目的在于切斷干擾源的導體表面和干擾對象的導體表面之間的電力線通路，使耦合電容變得最?。坏?5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一163.感性耦合干擾抑制方法1）干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應使電流變化的幅度和速率盡量??；2）被干擾系統(tǒng)應該具有高阻抗；3）減少兩個系統(tǒng)的互感，為此讓導線盡量短，間距盡量大，避免平行走線，；4）

對于干擾源或干擾對象設置磁屏蔽，以抑制干擾磁場。5）

采用平衡措施，使干擾磁場以及耦合的干擾信號大部分相互抵消。第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一172.EMC的輻射干擾

輻射干擾通過空間傳輸實質(zhì)上是干擾源的電磁能量以場的形式向四周空間播。減小輻射干擾的措施主要有：1）輻射屏蔽：在干擾源和干擾對象之間插入一金屬屏蔽物，以阻擋干擾的傳播。2）

極化隔離：干擾源與干擾對象在布局上采取極化隔離措施。即一個為垂直極化時，另一個為水平極化，以減小其間的耦合。3）距離隔離：拉開干擾源與被干擾對象之間的距離，這是由于志在近場區(qū)，場量強度與距離平方或立方成比例，當距離增大時，場衰減很快。4）吸收涂層法：被干擾對象有時可涂復一層吸收電磁波的材料，以減小干擾。第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一183.電磁干擾的模式差模干擾（Differential-mode）：兩導線上的干擾電流，振幅相等，方向相反稱為差模干擾。差模干擾：簡單的說就線與線的干擾。如上圖，Udm就是差模電壓，Idm就是差模電流。Idm大小相等，方向相反。第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一19差模電感的工作原理第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一20差模電容的工作原理第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一21共模干擾（Common-mode）：兩導線上的干擾電流振幅相等，而方向相同者稱為共模干擾。第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一22*共模電感的工作原理第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一23*共模電容的工作原理第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一24EMI濾波前后的波形比較第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一25基本電路及典型應用第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一26*

通常有四種技術(shù)可進行電源濾波，以便抑制干擾噪聲。在實際使用中，經(jīng)常是混合使用其中的兩種，甚至多種技術(shù)。它們是：正負極電源線之間添加電容，即X電容；每根電源線和地線之間添加電容，即Y電容；共模抑制（兩根電源線上的抑制線圈同向繞線）；差模抑制（每根電源線有它自己的抑制線圈）。1.常用電源濾波器的類型第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一282.安規(guī)電容

安規(guī)電容是指用于這樣的場合，即電容器失效后，不會導致電擊，不危及人身安全.它包括了X電容和Y電容。

x電容是跨接在電力線兩線（L-N）之間的電容，一般選用金屬薄膜電容；

Y電容是分別跨接在電力線兩線和地之間（L-E，N-E）的電容，一般是成對出現(xiàn)?；诼╇娏鞯南拗疲琘電容值不能太大，一般X電容是uF級，Y電容是nF級。X電容抑制差模干擾，Y電容抑制共模干擾第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一29*安規(guī)電容安全等級

X電容安全等級

峰值脈沖電壓

過電壓等級（IEC664）

X1

>2.5kV≤4.0kV

Ⅲ

X2

≤2.5kV

Ⅱ

X3

≤1.2kV

——

Y電容安全等級

絕緣類型

額定電壓范圍

Y1

雙重絕緣或加強絕緣

≥250V

Y2

基本絕緣或附加絕緣

≥150V≤250V

Y3

基本絕緣或附加絕緣

≥150V≤250V

Y4

基本絕緣或附加絕緣

<150V第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一30*3.電感電感量范圍與額定電流的關(guān)系第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一31*4.典型應用該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，使用時外殼應接通大地。電路中包括共模扼流圈（亦稱共模電感）L、濾波電容C1～C4。L對串模干擾不起作用，但當出現(xiàn)共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經(jīng)過耦合后總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過，故稱作共模扼流圈。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當有電流通過時，兩個線圈上的磁場就會互相加強。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān)，參見表1。需要指出，當額定電流較大時。共模扼流圈的線徑也要相應增大，以便能承受較大的電流。此外，適當增加電感量，可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01μF～0.47μF，主要用來濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點接地，能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF～0.1μF。為減小漏電流，電容量不得超過0.1μF，并且電容器中點應與大地接通。C1～C4的耐壓值均為630VDC或250VAC第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一32計算EMI濾波器對地的漏電流

ILD=2π×f×C×Vc（3）式中，ILD為漏電流，f是電網(wǎng)頻率。以上圖為例，f=50Hz，C=C3+C4=4400pF，Vc是C3、C4上的壓降，亦即輸出端的對地電壓，可取Vc≈220V/2=110V。由（3）式不難算出，此時漏電流ILD=0.15mA。C3和C4若選4700pF，則C=4700pF×2=9400pF，ILD=0.32mA。顯然，漏電流與C成正比。對