开关电源高频电磁波干扰概论_解析

开关电源高频电磁波干扰概论_解析 《开关电源高频电磁波干扰概论》解析(一) 虽然关于EMI的书和非常多，但基本都是针对设备级的，针对开关电源的很少，有个别书和资料虽然写着开关 电源的名字，但由于作者并非电源设计人员，所以就变成了汇编。针对开关电源的目前就是这个《开关电源高 频电磁波干扰概论》，非常经典，是香港大学的两位教授写的。但我也没有听过作者讲解，所以只能凭自己的理解 和大家讨论。这个资料在本网站有人上传，可以下载。 这个是说EMI的传播过程，干扰源,干扰途径,接收器，就向传染病:传染源,传染途径,易感人群。 对于开关电源来说，最后一部分是不需要考虑的，干扰源也不能消灭，因为它也是开关电源之所以能工作的源头，但是可以通过软开关、加缓冲等方式来使干扰源的 干扰小一些。控制干扰途径是降低开关电源EMI的重要一环，也是本讲义的重点讲解之处。 信号源波形产生的频谱 电压波形产生的频谱 电流波形产生的频谱 大家从中能发现什么, , 占空比和波形斜率的影响 占空比越大时，干扰的幅度也大一些，这个可由FFT的系数算出来。 波形的斜率对干扰的高频部分影响非常大。低频部分几乎没有影响。低频部分主要由波形的幅度和高电平部分的宽度决定的，但高频部分大幅度下降的转折点为1/(3.14*tr),所以tr越大时，转折点的频率越 低，高频下降越大。 所以我们应该想到降低斜率的措施，缓冲电路。 , , 此部分的总结: 电压和电流波形都有很丰富的频率成分 超过200M时由于幅值已经很低，所以影响很小 波形影响低频部分 上升沿和下降沿影响高频部分 占空比对个频谱幅值有一点影响 下以部分13-42页，介绍的内容比较杂，有传导和辐射的场地、设备的放置，Log的概念等。 重点说一下这个图，这个介绍的是干扰的耦合途径，左边为传导干扰，右边为辐射干扰。辐射分为远场和近场。 一般用蝶型天线辐射测量只测量电场，而不是磁场，磁场是用大圆环来测量的，灯具常用。 电场除了直接辐射到天线外，还可能辐射到地面再反射到天线，天线接受到的是直射波和反射波的矢量合成，所以需要上下移动寻找最大合成量。除此以外，由于电磁波有极化，所以天线需要改变方向以检测最大值(一般只测试水平和垂直)。 不同意cmg近远场的说法。 近远场的过渡点是 λ/2π (,λ/6) ，不是λ，30MHz来说，是1.6米，因为最小测距是3米，所以整个测试频谱都是远场。 这些都是凭记忆的，再查一下书，确实有个K项，谢谢你，改正了我不少错误。看来我需要更严谨一些，为了大家的方便，我会把上面的帖子修改一下。 LISN网络。 LISN网络是用来拾取噪音的。差模噪音会在Line1--Line2之间流动，经过50欧姆电阻拾取。共模电流经过下面的地线再通过50欧姆的电阻回到电源，共模噪音也是经过50欧姆电阻拾取。 50uH电感和10uF电容是用来阻止电网的干扰进入被测电源和防止被测的噪音跑到外面去。0.25uF的电容保证只有交流噪音信号可以流过去。在150KHz频率以上时其阻抗很小，近似短路。 LISN的原理并不复杂，但是为什么进口的LISN都是超大超贵呢,国产的单相LISN打开看过，很简单，而且用的电感很小，感觉会饱和，所以自己换了。 RS的只在实验室见过，但不知道里面都是些什么。 线对线(差模)和线对地(共模)的噪音检测。 都是通过测量50欧姆电阻的电压信号来检测的，但仪器并不会区分差模和共模，实际为两个信号的矢量叠加(个人意见，仪器里面我不清楚)。 , , 两种辐射测试: 场强辐射测试，通过组合天线来测量辐射的电场强度，蝶型天线(两个耳朵)测量30-300MHz，对数天线测量300-1GHz，对开关电源来说，主要是耳朵测量，300MHz以后一般电源辐射很小。 功率辐射测试(吸收钳)，这个一般带长引线的设备需要做这个试验，如DVD等。 有效检测部分只有前面的一个环，后面是做吸收用的，范围30-300MHz。共模电流通过高频变压器后送到检测设备。 1。CM和DM的分隔，用CM/DM Spitter (其实是个变压器)。LISN的两个输出接入Splitter后分别输出CM和DM信号。 2。Biconical antenna 一般叫双锥型天线，像两个搅蛋器。蝶型天线是Bow-tie Antenna，就两个平面三角形，电视机的 室内天线，有时也用它。两者是不同的。 我虽然以他的讲义为基础，但并不是全部照本宣科。 在深圳实际测辐射的天线是两个三角形的耳朵，对数。按你上面的描述是蝶型的，所以不是锥形的。 我说的是仪器里面应该是不区分的。自己区分方法很多，并不需要特别的东西，我们的方法是用10个 0.22的X电容接到电源的输入端。差模几乎就没有了，对实际测试非常有用，又不花钱。 我说的是标准实验室的仪器，自家炮制的未尝不可。 到过几个Lab site，倒未见过有用蝶型天线的，全是双锥的，包括经我买的。不过是以前的事了，相信 现在多用混合型天线，就是蝶型连对数的，毕竟蝶型是压扁了的锥型，刚谷歌了一下。^-^ 真是好奇怪，深圳的实验室我去过很多，还未见过锥形的，前几天刚去过计量院，也是蝶型的。计量 院不可能不是标准实验室吧。记忆中信华，信测，质检中心，东莞北南也是蝶型的。广州5所很多年 没去了，记不清楚了。 很久没去Lab了，是以前的印象，相信蝶型现在是主流了，我也落后了。 下面几页说的是峰值、准峰值和平均值在仪器内部的测试方法，不是我们关心的重点。 从上面可以看出(看原文)，3中检测主要是包络检波的冲放电时间常数不一样。 标准要求测试的是QP和AV。但由于扫描时间过长，一般摸底是用PK和QP测量。 , 这个图告诉我们，在电源里面两个分离的物体是有电容效应的，当有交流信号时，就会有 电流流过。 在电源里面相对并有电压变化的物体是很多的，如漏极和次级;漏极和初级的L，N线等，它们都会引起电流流动，被LISN检测到就是EMI干扰。仿真的结果和实际是基本上相符的。 , 看不见的耦合,感性耦合，第一个图描述了两个电路，前面是个振荡电路，后面 就是上面容性耦合的电路，看似两个电路不相干，但是由于距离比较近，两个电 路会通过磁场耦合，就向一个变压器一样，互感的公式如第二个图所示，随两个 电路的距离增大而减小，随振荡电路面积(r为代)的增大而增大。 , 第一幅图把上面的计算电感等效的变压器带入电路里面，第二幅图是测量和模拟的结果，可以看到互感的模型是很正确的，感性耦合确实向变压器一样。 这样的耦合在开关电源里面比比皆是，向反激里面的高压电容、变压器初级和开关管组成的环路，变压器初级嵌位电路形成的环路，次级整流管形成的环路。除了常见的这3个外其实还有很多， 如初级、次级和Y电容组成的环路，变压器初级、初级和屏蔽层的电容及屏蔽层的电感组成的环路等。 容性耦合的一个例子: 这个例子是说漏极和输入的接线端有一个耦合，尽管电容很小(0.1pF)，但由于漏极电压高，差模干扰还是会超过标准。 这个很容易理解。不再赘述。 大师,我有个疑问,平行板电容器的电容量不是和它的正对面积有关吗? 可第一个图和第二个图上正对面积是一样的,怎么会有C1<1，就可以得到左半平面极点，就不会有稳定性问题。有一阶部分的系数>1的调节得到上述红色公式。 带一个实际的电源参数进去，发现RL3实际上要>10欧姆电路才能稳定，但实际的电感的内阻是很小的，由此得出结果几乎每一个电源都会振荡。但实 际上并不是这样，说明理论有不对的地方。 回复 2008-12-16 11:29 1楼 cmg | 副总工程师 (3097) | 发消息 这个是为了和后面做对应的，不作解释。看后面就可以了。 电感的频率特性，我们会看到在频率升高时磁心的损耗会反应为一个很大的电阻，正是它阻尼了振荡，当然趋附和临近效应反应的电阻和直流电阻也有影响，但不是主要因素。 补充一下，在实际的电源中C1都很大，很大的C1实际上降低了对RL3的要求，只要很小的RL3就可以了，实际不用考虑RL3,电容的ESR起到了RL3的作用。 回复 2008-12-16 11:46 2楼 cmg | 副总工程师 (3097) | 发消息 当频率高时，用铁分心做电感时，由于损耗严重可能引起融化，这有点玄，但漆包线绝缘是有可能坏掉的。用铁氧体时由于损耗小，就没有这个问题。所以不要忘了ac电阻代表的磁心损耗，它可以阻尼电源 的振荡。 由上面的分析我们就知道了为什么输入滤波通常不会引起电源振荡。 主要是第一点和第三点。滤波电感的磁心损耗提供了额外电阻;C1通常比较大。 回复 2008-12-16 20:41 17楼 cmg | 副总工程师 (3097) | 发消息 补上忘掉的一部分: 普通的整流滤波只有在电压峰值时二极管才导通，此时二极管是完全导通的，所以差模和共模电流很容易通过整流管而被LISN检测到，而其他时间二极管不导通，差模电流是不能通过的，共模电流 通过能力 也减弱，只有高频的部分才容易通过二极管的节电容通过。 由于二极管不导通时几乎没有干扰电流流过，所以用交流电源供电时测量到的平均值会比直流电源供电时低，因为直流供电时二极管是每时每刻导通的，干扰电流可以全通过。 由以前的帖子里描述的测量EMI的原理可知，峰值和准峰值是没有变化的。因为它们测的是瞬间(PK)和极短时间的平均值(QP)。 回复 2009-02-04 21:40 输入滤波电感同样也是一个噪音接收源: 电感的环路接受外部磁通(可能来自于你的变压器)会产生噪音电流。 同样电感的绕组是铜线做的，可以和电路里面的高压部分产生容性耦合，从而产生噪音电压。 回复 2009-02-04 21:27 16楼 cmg | 副总工程师 (3097) | 发消息 这个是对上面所有部分的总结，就不再重复了。 回复 2009-02-04 21:29