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功率电感:开关电源传导EMI预测方法(一)

来源:    作者:     发布时间:2015-01-19 12:02:55     点击数:
摘要:针对开关电源设计阶段应考虑的EMC问题,介绍了PCB及其结构寄生参数提取和频域仿真的方法,在开关电源设计阶段对其传导EMI进行预测,定位开关电源传导EMI传播路径的影响因素,在此基础上给出开关电源PCB及其结构设计的基本原则。对开关电源EMI预测过程中需要注意的问题以及降低开关电源传导EMI的方法策略进行了分析和总结。

  1 引言

  随着开关频率的提高以及功率密度的增加,开关电源内部的电磁环境越来越复杂,其电磁兼容问题成为电源设计中的一大重点,同时也成为电源设计工作的一大难点。常规设计方法中,依靠经验设计处理EMC问题,样机建立完毕之后才能对EMC问题做最后的考虑。传统的EMC的补救办法只能增加额外的功率电感元器件,而增加元件有可能影响原始的控制环带宽,造成重新设计整个系统的最坏情况,增加了设计成本。为了避免出现这样的情况,需要在设计过程中考虑EMC的问题,对开关电源的EMI进行一定精度的分析和预测,并根据干扰产生的机理及其在各频带的分布情况改进设计,降低EMI水平,从而降低设计成本。

  2 开关电源EMI特点及分类

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  对开关电源传导电磁干扰进行预测,首先需要明确其产生机理以及噪声源的各项特性。由于功率开关管的高速开关动作,其电压和电流变化率都很高,上升沿和下降沿包含了丰富的高次谐波,所以产生的电磁干扰强度大;开关电源的电磁干扰主要集中在二极管、功率开关器件以及与其相连的散热器和高频变压器附近;由于开关管贴片电感器公司的开关频率从几十kHz到几MHz,所以开关电源的干扰形式主要是传导干扰和近场干扰。其中,传导干扰会通过噪声传播路径注入电网,干扰接入电网的其他设备。

  开关电源传导干扰分为2大类。

  1)差模(DM)干扰。DM 噪声主要由di/dt引起,通过寄生电感,电阻在火线和零线之间的回路中传播,在两根线之间产生电流Idm,不与地线构成回路。

  2)共模(CM)干扰。CM 噪声主要由dv/dt引起,通过PC插件电感生产厂家B的杂散电容在两条电源线与地的回路中传播,干扰侵入线路和地之间,干扰电流在两条线上各流过二分之一,以地为公共回路;在实际电路中由于线路阻抗不平衡,使共模信号干扰会转化为不易消除的串扰干扰。

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