0 引 言
目前,在计算机及外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域中大量使用高频开关电源,但高频开关电源的突出缺点是能产生较强的电磁干扰(Electro Magnet-ic Interference,EMI)。
由于高频开关电源的一次整流桥是非线性器件,其形成的电流是严重失真的正弦半波,含有丰富的高次谐波,形成了一系列连续、脉动和瞬变干扰。因此,在高频开关电源设计中必须考虑电磁兼容性(Electro Magnet-ic Compatbility,EMC)的设计。
电网完全在自然环境中,连接着各种电子电气设备,有着复杂的电磁转换过程,可能会引起一些问题:外来噪声使高频开关电源设备的控制电路出现误动作差模电感;通信设备由于高频开关电源设备的噪声而出现误动作;高频开关电源设备对电网产生噪声污染;高频开关电一体成型电感源设备向空间散发噪声。
根据上述情况,针对高频开关电源存在的缺点,在此对其电路及印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)进行了电磁兼容性的设计研究。
1 高频开关电源的EMC设计
1.1 高频开关电源主电路组成
高频开关电源主电路组大功率电感贴片电感器成框图如图1所示,它由输入滤波电路、高频逆变电路、输出整流电路及输出直流滤波电路等组成。
1.2 输入滤波电路的EMC设计
输入滤波电路的EMC设计如图2所示。
VD2为瞬态电压抑制二极管,Rv1为压敏电阻,它们都具有很强的瞬变浪涌吸收能力,能很好地保护后级元气件或电路免遭浪涌电压的破坏。Z1为直流抗电磁干扰滤波器,必须良好接地,且接地线要短。L1和C1组成低通滤波电路,当L1的电感量较大时,必须增加VD1和R1形成续流回路,以吸收L1断开时释放时的电场能量,否则,L1产生的电压尖峰就会形成EMI。L1的磁芯使用闭合磁芯,可以避免开环磁芯的漏磁场形成EMI。C1采用大容量的电容,可以减少输入线上的纹波电压,减弱在输入导线周围形成的电磁场。
1.3 高频逆变电路的EMC设计
高频逆变电路的EMC设计如图3所示。
C2,C3,VT2,VT3组成半桥逆变电路,VT2,VT3为IGBT或MOSFET等开关管。R4和C4构成EMI吸收回路,或在VT2,VT3两端并联C5,C6,由于VT2,VT3开通和关断时,开关时间很短以及引线电感、变压器漏感的存在,回路会产生较高的di/dt,du/dt,从而形成EMI。C4,C5,C6采用电感器的种类低感电容,其容量的大小由公式LI2/2=C△U2/2求得C的值(L为回路电感,I为回路电流,△U为过冲电压值)。
1.4 输出整流电路的EMC设计
输出整流电路的EMC设计如图4所示。
VD6为整流二极管,VD7为续流二极管。由于VD6,VD7工作于高频开关状态,是产生EMI的主要源头。把R5,C12和R6,C13分别连接成VD6,VD7的吸收回路,用于吸收其开关时产生的电压尖峰。
减少整流二极管的数量可减少EMI的能量,因此,在同等条件下采用半波整流比全波整流和全桥整流产生的EMI要小。为减少二极管的EMI,选用具有软恢复特性的、反向恢复电流小的且时间短的二极管。
1.5 输贴片电感出直流滤波电路的EMC设计
直流EMI滤波器双端口网络模型如图5所示,其混合参数方程为:
式中:g11为输入导纳;g22为输出阻抗;g12为反向电流增益;g21为正向电压增益。
由式(1)可以等效出如图6所示的原理图。
直流EMI滤波器的设计必须满足以下的要求:
(1)要保证滤波器在滤波的同时不影响电源的带负载能力;
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