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干擾開關電源的原因你知道嗎?
文章來源:handler    時間:2021-06-30 04-41-56

    開關電源自身產生的干擾直接危害著電子設備的正常工作抑止開關電源自身的電磁噪聲.是開發和設計開關電源的一個重要課題。扼要地對開關電源電磁干擾產生、傳播的機理停止了引見,總結了幾種主要的抑止開關電源電磁干擾產生及傳播的辦法。

    1開關電源干擾的產生

    開關電源的干擾普通分為兩大類:一是開關電源內部元器件構成的干擾;二是由于外界要素影響而使開關電源產生的干擾。兩者都觸及到人為要素和自然要素。

    1.1開關電源內部干擾

    開關電源產生的EMI主要是由根本整流器產生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產生的尖峰電壓干擾。

    1.1.1根本整流器

    根本整流器的整流過程是產生EMI最常見的緣由。這是由于工頻交流正弦波經過整流后不再是單一頻率的電流,而變成不斷流重量和一系列頻率不同的諧波重量,諧波(特別是高次諧波)會沿著輸電線路產生傳導干擾和輻射干擾,使前端電流發作畸變,一方面使接在其前端電源線上的電流波形發作畸變,另一方面經過電源線產生射頻干擾。

    11.2功率變換電路

    功率變換電路是開關穩壓電源的中心,它產帶較寬且諧波比擬豐厚。產生這種脈沖干擾的主要元器件為

    1)開關管開關管及其散熱器與外殼和電源內部的引線間存在散布電容,當開關管流過大的脈沖電流(大致上是矩形波)時,該波形含有許多高頻成份;同時,關電源運用的器件參數如開關功率管的存儲時間,輸出級的大電流,開關整流二極管的反向恢復時間,會形成回路霎時短路,產生很大短路電流,另外,開關管的負載是高頻變壓器或儲能電感,在開關管導通的霎時,變壓器初級呈現很大的涌流,形成尖峰噪聲。

    2)高頻變壓器開關電源中的變壓器,用作隔離和變壓,但由于漏感的緣由,會產生電磁感應噪聲;同時,在高頻情況下變壓器層間的散布電容會將一次側高次諧波噪聲傳送給次級,而變壓器對外殼的散布電容構成另一條高頻通路,使變壓器四周產生的電磁場更容易在其他引線上耦合構成噪聲。

    3)整流二極管二次側整流二極管用作高頻整流時,由于反向恢復時間的要素,常常正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立刻消弭(因載流子的存在,還有電流流過)。一旦這個反向電流恢復時的斜率過大,流過線圈的電感就產生了尖峰電壓,在變壓器漏感和其他散布參數的影響下將產生較強的高頻干擾,其頻率可達幾十MHz。

    4)電容、電感器和導線開關電源由于工作在較高頻率,會使低頻元件特性發作變化,由此產生噪聲。

    1.2開關電源外部干擾

    開關電源外部干擾能夠以“共模”或“差模”方式存在。干擾類型能夠從持續期很短的尖峰干擾到完整失電之間停止變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續噪聲或雜波以及瞬變等,電源干擾的類型見表1。

    在表1中的幾種干擾中,可以經過電源停止傳輸并形成設備的毀壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波,而靜電放電等干擾只需電源設備自身不產生停振、輸出電壓跌落等現象,就不會形成因電源惹起的對用電設備的影響。

    2開關電源干擾耦合途徑

    開關電源干擾耦合途徑有兩種方式:一種是傳導耦合方式,另一種是輻射耦合方式。

    2.1傳導耦合

    傳導耦合是騷擾源與敏感設備之間的主要耦合途徑之一。傳導耦合必需在騷擾源與敏感設備之間存在有完好的電路銜接,電磁騷擾沿著這一銜接電路從騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感設備,產生電磁干擾。按其耦合方式可分為電路性耦合、電容性耦合和電理性耦合。在開關電源中,這3種耦合方式同時存在,相互聯絡。

    2.1.1電路性耦合

    電路性耦合是最常見、最簡單的傳導耦合方式。其又有以下幾種:

    1)直接傳導耦合導線經過存在騷擾的環境時,即拾取騷擾能量并沿導線傳導至電路而形成對電路的干擾。

    2)共阻抗耦合由于兩個以上電路有公共阻抗,當兩個電路的電流流經一個公共阻抗時,一個電路的電流在該公共阻抗上構成的電壓就會影響到另一個電路,這就是共阻抗耦合。構成共阻抗耦合騷擾的有電源輸出阻抗、接地線的公共阻抗等。

    21.2電容性耦合

    電容性耦合也稱為電耦合,由于兩個電路之生的尖峰電壓是一種有較大幅度的窄脈沖,其頻間存在寄生電容,使一個電路的電荷經過寄生電容影響到另一條支路。

    2.1.3電理性耦合

    電理性耦合也稱為磁耦合,兩個電路之間存在互感時,當干擾源是以電源方式呈現時,此電流所產生的磁場經過互感耦合對臨近信號構成干擾。

    2.2輻射耦合

    經過輻射途徑形成的騷擾耦合稱為輻射耦合。輻射耦合是以電磁場的方式將電磁能量從騷擾源經空間傳輸到承受器。通常存在4種主要耦合途徑:天線耦合、導線感應耦合、閉合回路耦合和孔縫耦合。

    2.2.1天線與天線間的輻射耦合

    在實踐工程中,存在大量的天線電磁耦合。例如,開關電源中長的信號線、控制線、輸入和輸出引線等具有天線效應,可以接納電磁騷擾,構成天線輻射耦合。

    2.2.2電磁場對導線的感應耦合

    開關電源的電纜線普通是由信號回路的銜接線、功率級回路的供電線以及地線一同構成,其中每一根導線都由輸入端阻抗、輸出端阻抗和返回導線構成一個回路。因而,電纜線是內部電路暴露在機箱外面的局部,最易遭到騷擾源輻射場的耦合而感應出騷擾電壓或騷擾電流,沿導線進入設備構成輻射騷擾。

    2.2.3電磁場對閉合回路的耦合

    電磁場對閉合回路的耦合是指回路受感應最大局部的長度小于波長的1/4。在輻射騷擾電磁場的頻率比擬低的狀況下,輻射騷擾電磁場與閉合回路的電磁耦合。

    2.2.4電磁場經過孔縫的耦合

    電磁場經過孔縫的耦合是指輻射騷擾電磁場經過非金屬設備外殼、金屬設備外殼上的孔縫、電纜的編織金屬屏蔽體等對其內部的電磁騷擾。

    3抑止干擾的一些措施

    構成電磁干擾的三要素是騷擾源、傳播途徑和受擾設備。因此,抑止電磁干擾也應該從這三方面人手,采取恰當措施。首先應該抑止騷擾源,直接消弭干擾緣由;其次是消弭騷擾源和受擾設備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是進步受擾設備的抗擾才能,減低其對噪聲的敏感度。目前抑止干擾的幾種措施根本上都是用切斷電磁騷擾源和受擾設備之間的耦合通道。常用的辦法是屏蔽、接地和濾波。

    1)采用屏蔽技術能夠有效地抑止開關電源的電磁輻射干擾,即用電導率良好的資料對電場停止屏蔽,用磁導率高的資料對磁場停止屏蔽。屏蔽有兩個目的,一是限制內部輻射的電磁能量走漏出,二是避免外來的輻射干擾進入該內部區域。其原理是應用屏蔽體對電磁能量的反射、吸收和引導作用。為了抑止開關電源產生的輻射,電磁騷擾對其他電子設備的影響,可完整依照對磁場屏蔽的辦法來加工屏蔽罩,然后將整個屏蔽罩與系統的機殼和地銜接為一體,就能對電磁場停止有效的屏蔽。

    2)所謂接地,就是在兩點間樹立傳導通路,以便將電子設備或元器件銜接到某些叫作“地”的參考點上。接地是開關電源設備抑止電磁干擾的重要辦法,電源某些局部與大地相連能夠起到抑止干擾的作用。在電路系統設計中應遵照“一點接地”的準繩,假如構成多點接地,會呈現閉合的接地環路,當磁力線穿過該環路時將產生磁感應噪聲。實踐上很難完成“一點接地”,因而,為降低接地阻抗,消弭散布電容的影響而采取平面式或多點接地,應用一個導電平面作為參考地,需求接地的各局部就近接到該參考地上。為進一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統中,應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨銜接后,再銜接到公共參考點上。

    3)濾波是抑止傳導干擾的有效辦法,在設備或系統的電磁兼容設計中具有極端重要的作用。EMI濾波器作為抑止電源線傳導干擾的重要單元,能夠抑止來自電網的干擾對電源自身的損害,也能夠抑止由開關電源產生并向電網反應的干擾。在濾波電路中,還采用很多專用的濾波元件,如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環,它們可以改善電路的濾波特性。恰當地設計或選擇濾波器,并正確地裝置和運用濾波器,是抗干擾技術的重要組成局部。

    選擇濾波器時要留意以下幾點:

    (1)明白工作頻率和所要抑止的干擾頻率,如兩者十分接近,則需求應用頻率特性十分峻峭的濾波器,才干把兩種頻率分開;

    (2)保證濾波器在高壓狀況下可以牢靠地工作;

    (3)濾波器連續通以最大額定電流時,其溫升要低,以保證在該額定電流連續工作時,不毀壞濾波器中元件的工作性能;

    (4)為使工作時的濾波器頻率特性與設計值相契合,請求與它銜接的信號源阻抗和負載阻抗的數值等于設計時的規則值:

    (5)濾波器必需具有屏蔽構造,屏蔽箱蓋和本體要有良好的電接觸,濾波器的電容引線應盡量短,最好選用短引線低電感的穿心電容;

    (6)要有較高的工作牢靠性,由于作防護電磁干擾用的濾波器,其毛病常常比其他元器件的毛病更難找。

    裝置濾波器時應留意以下幾點:

    (1)電源線路濾波器應裝置在離設備電源人口盡量靠近的中央,不要讓未經過濾波器的電源線在設備框內迂回;

    (2)濾波器中的電容器引線應盡可能短,以免因引線感抗和容抗在較低頻率上諧振;

    (3)濾波器的接地導線上有很大的短路電流經過,會惹起附加的電磁輻射,故應對濾波器元件自身停止良好的屏蔽和接地處置;

    (4)濾波器的輸人和輸出線不能穿插,否則會因濾波器的輸入和輸出電容耦合通路惹起串擾,從而降低濾波特性,通常的方法是輸入和輸出端之間加隔板或屏蔽層。

   

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