驅(qū)動電源EMC電磁干擾要點

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驅(qū)動電源EMC電磁干擾要點

在開關(guān)電源產(chǎn)品的研發(fā)過程中，LED電源的EMC設(shè)計在整個產(chǎn)品研發(fā)過程中都是非常重要的一環(huán)。電源工程師最迷糊的事情恐怕就是EMC了，也是不同功率的開關(guān)電源所共同具備的一個棘手問題。EMC又稱為電磁兼容.由于如今開關(guān)電源的速度越來越快，功率越來越高，必然會發(fā)生攪擾疑問，咱們就要處理這個攪擾。攪擾分為兩個方面，一個是攪擾別的的電器商品，簡稱EMI電磁攪擾；另一個是被別的電器商品攪擾，也叫抗攪擾性簡稱EMC.

一、電源板EMC要點
1.整體布局基于信號流向，優(yōu)選一字型布局，可選U型布局（但需盡量拉開輸入輸出線路間距離塊交叉；
2.濾波器靠近出線端子放置，保證端子到濾波器間布線最短；濾波器輸入輸出分開，走線不要靠波器必須遠離變壓器、功率開關(guān)管散熱器等高干擾器件，必要時需采取濾波器屏蔽措施；輸入濾波器拓撲（電路見附1），推薦值共模電容（470pF）、差模電容（1uF）、共模電感（5~30mH考慮線組繞制容）、差模電容（1uF）、共模電容（4.7nF）、共模電感（5~30mH考慮線組繞制寄生電容）；輸出濾量在主要功率輸出一路加裝共模電感（感值不要求太大，濾除高頻及減小整流管反向恢復(fù)電流），靠口加裝共模電容（10nF瓷片耐壓1KVDC）；
3.盡量減小防護電路（保險管、壓敏電阻、氣體放電管、緩沖電阻等）占用主電路的長度，先防其安裝方式，如將保險管豎立放置，元器件保證性能的情況下盡量選擇封裝小的型號等；減小濾波器間距離；保險絲、濾波元件、防雷元件布線短，布局緊湊；
4.主功率變壓器、主功率開關(guān)管散熱器、輸出整流散熱器、諧振電感、功率電流環(huán)路、驅(qū)動變壓輸入、輸出端口及輸入、輸出濾波器件；
5.敏感信號的濾波電容要放近芯片接收管腳(如電壓、電流采樣信號、防雷線路)；所有濾波和吸放置原則；吸收電阻盡量采取金屬電阻小封裝；
6.初級母線濾波電容-主功率變壓器初級線組-主功率管布局緊湊利于布線，主功率變壓器次級-濾波電容布局緊湊利于布線；
7.對于同一差分線對上的濾波器件同層、就近、并行、對稱放置
8.主功率管散熱器接初級直流地，輸出整流散熱器接保護地

二、輻射干擾(Radiated Interference)是通過空間并以電磁波的特性和規(guī)律傳播的。但不是任何裝置都能輻射電磁波的。傳導(dǎo)干擾(Conducted Interference)是沿著導(dǎo)體傳播的干擾。所以傳導(dǎo)干擾的傳播要求在干擾源和接收器之間有一完整的電路連接。
電磁兼容三要素：任何電磁兼容性問題都包含三個要素，即干擾源、敏感源和耦合路徑，這三個要素中缺少一個，電磁兼容問題就不會存在。
產(chǎn)生電磁干擾的條件: 突然變化的電壓或電流，即dV/dt或dI/dt很大;輻射天線或傳導(dǎo)導(dǎo)體。
電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備的要求有兩個方面：一個是工作時不會對外界產(chǎn)生不良的電磁干擾影響，另一個是不能對外界的電磁干擾過度敏感。前一個方面的要求稱為干擾發(fā)射要求，后一個方面的要求稱為敏感度要求。
電磁能量從設(shè)備內(nèi)傳出或從外界傳入設(shè)備的途徑只有兩個，一個是以電磁波的形式從空間傳播，另一個是以電流的形式沿導(dǎo)線傳播。因此，電磁干擾發(fā)射可以分為：傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射;敏感度也可以分為傳導(dǎo)敏感度和輻射敏感度。

三、究竟哪些因素會對LED電源EMC產(chǎn)生影響

1.驅(qū)動電源的電路結(jié)構(gòu)

LED電源的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計是對EMC電磁兼容性影響最大的因素之一，不同結(jié)構(gòu)的驅(qū)動電源，其電磁兼容性的優(yōu)劣也是不一樣的。線性電源在工作時會以發(fā)熱的形式損耗大量能量。線性電源的工作方式，使他從高壓變低壓必須有將壓裝置，一般的都是變壓器，再經(jīng)過整流輸出直流電壓，不僅笨重，發(fā)熱量也非常大，優(yōu)點是對外干擾小，電磁干擾小，也容易解決。現(xiàn)在使用比較多的LED開關(guān)電源，都是以PWM形式的LED驅(qū)動電源是讓功率晶體管工作在導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。在導(dǎo)通時，電壓低電流大，關(guān)斷時，電壓高電流小，因此功率半導(dǎo)體器件上所產(chǎn)生的損耗也很小。缺點比較明顯的是，電磁干擾（EMI）也更嚴(yán)重。

2.開關(guān)頻率

LED電源的電磁兼容性還會受到一個因素的影響，那就是開關(guān)頻率問題。一旦出現(xiàn)電磁兼容故障，那么這種情況一般會發(fā)生在開關(guān)電路的電源中。而開關(guān)電路是開關(guān)電源的主要干擾源之一。

作為LED驅(qū)動電源的核心，目前所用到的電源開關(guān)電路主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。在工作中，它所產(chǎn)生的du/dt具有較大幅度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。之所以驅(qū)動電源會產(chǎn)生這種高頻脈沖干擾，其原因就在于開關(guān)電路的開關(guān)管負載為高頻變壓器初級線圈，是一種感性負載。在開關(guān)電源導(dǎo)通的瞬間，LED驅(qū)動電源內(nèi)部的初級線圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓；斷開瞬間，由于初級線圈的漏磁通，致使部分能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈，電路中形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰。高頻脈沖產(chǎn)生更多的發(fā)射，周期性信號產(chǎn)生更多的發(fā)射。在LED電源系統(tǒng)中，開關(guān)電路產(chǎn)生電流尖峰信號，而當(dāng)負載電流變化時也會產(chǎn)生電流尖峰信號。這就電磁干擾根源之一。

電源控制板

四、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(yán)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;若按耦合通路來分,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)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(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。現(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)橹绷鳎娙蓦娏鞯牟ㄐ尾皇钦也ǘ敲}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
高頻變壓器的開關(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。

保證電磁兼容性是一個綜合性的任務(wù)，需要在不同的等級上采取不同的方法和措施。通常要考慮在元件級、部件級、設(shè)備級、系統(tǒng)級和業(yè)務(wù)級上保證電磁兼容性的工作。在許多情況下只有采取特殊的方法才能保證電氣、電子設(shè)備或電子系統(tǒng)的電磁兼容性。

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