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            最通俗理解開關(guān)電源電磁干擾分析

            作者: 時(shí)間:2011-10-07 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

              先簡單介紹一下下EMI:EMI翻譯成中文就是。其實(shí)所有的電器設(shè)備,都會有。只不過嚴(yán)重程度各有不同。會影響各種電器設(shè)備的正常工作,會干擾通信數(shù)據(jù)的正常傳遞,雖然對人體的傷害尚無定論,但是普遍認(rèn)為對人體不利。所以很多國家和地區(qū)對電器的電磁干擾程度有嚴(yán)格的規(guī)定。當(dāng)然電源也不例外的,所以我們有理由好好了解EMI以及其抑制方法。

              下面結(jié)合一些專家的文獻(xiàn)來描述EMI。

              首先EMI 有三個基本面

            最通俗理解開關(guān)電源電磁干擾分析

              噪音源:發(fā)射干擾的源頭, 如同傳染病的傳染源;

              耦合途徑:傳播干擾的載體,如同傳染病傳播的載體,食物,水,空氣等等;

              接收器:被干擾的對象,被傳染的人。

              缺少一樣,電磁干擾就不成立了。所以,降低電磁干擾的危害,也有三種辦法:

              1、從源頭抑制干擾。

              2、切斷傳播途徑

              3、增強(qiáng)抵抗力,這個就是所謂的EMC(電磁兼容)

              解釋以下名詞:

              :也就是噪音通過導(dǎo)線傳遞的方式。

              輻射干擾:也就是噪音通過空間輻射的方式傳遞。

              差模干擾:由于電路中的自身電勢差,電流所產(chǎn)成的干擾,比如火線和零線,正極和負(fù)極。

              共模干擾:由于電路和大地之間的電勢差,電流所產(chǎn)生的干擾。

              通常我們?nèi)?shí)驗(yàn)室測試的項(xiàng)目:

              傳導(dǎo)發(fā)射:測試你的電源通過傳導(dǎo)發(fā)射出去的干擾是否合格。

              輻射發(fā)射:測試你的電源通過輻射發(fā)射出去的干擾是否合格。

              傳導(dǎo)抗擾:在具有的環(huán)境中,你的電源能否正常工作。

              輻射抗擾:在具有輻射干擾的環(huán)境中,你的電源能否正常工作。

              首先來看,噪音的源頭:

              任何周期性的電壓和電流都能通過傅立葉分解的方法,分解為各種頻率的

              所以在測試干擾的時(shí)候,需要測試各種頻率下的噪音強(qiáng)度。

              那么在中,這些噪音的來源是什么呢?

            教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI

              中,由于開關(guān)器件在周期性的開合,所以,電路中的電流和電壓也是周期性的在變化。那么那些變化的電流和電壓,就是噪音的真正源頭。那么有人可能會問,我的開關(guān)頻率是100KHz的,但是為什么測試出來的噪音,從幾百K到幾百M(fèi)都有呢?

              我們把同等有效值,同等頻率的各種波形做快速傅立葉分析:

            教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI

              藍(lán)色:

              綠色: 三角波

              紅色: 方波

              可以看到,只有基波分量,但是三角波和方波含有高次諧波,諧波最大的是方波。

              也就是說如果電流或者電壓波形,是非正弦波的信號,都能分解出高次諧波。

              那么如果同樣的方波,但是上升下降時(shí)間不同,會怎樣呢。

              同樣是100KHz的方波

            教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI

              紅色:上升下降時(shí)間都為100ns

              綠色:上升下降時(shí)間都為500ns

              可以看到紅色的高次諧波明顯大于綠色。

              我們繼續(xù)分析下面兩種波形,

              A:有嚴(yán)重高頻震蕩的方波, 比如MOS,二極管上的電壓波形。

              B:用吸收電路,把方波的高頻振蕩吸收一下。

            教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI

              分別做快速傅立葉分析:

            教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI

              可以看到在振蕩頻率(大概30M)之后,A波形的諧波,要大于B波形。

              再來看,下面的波形,一個是具有導(dǎo)通尖峰的電流波形,一個沒有導(dǎo)通尖峰。

            教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI

              對兩個波形做傅立葉分析:

            教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI

              可以看到紅色波形的高次諧波,要大于綠色波形,繼續(xù)對兩個波形,作分析

              紅色: 固定頻率的信號,綠色:具有稍微頻率抖動的信號

            教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI


              可以看到,頻率抖動,可以降低低頻段能量。進(jìn)一步,放大低頻段的頻譜能量:

            教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI

              可以看到,頻率抖動就是把頻譜能量分散了,而固定頻率的頻譜能量,集中在基波的諧波頻率點(diǎn),所以峰值比較高,容易超標(biāo)。

              最后稍微總結(jié)一下,如果從源頭來抑制EMI。

              1、對于開關(guān)頻率的選擇,比如傳導(dǎo)測試150K-30M,那么在條件容許的情況下,可選擇130K之類的開關(guān)頻率,這樣基波頻率可以避開測試;

              2、采用頻率抖動的技術(shù)。頻率抖動可以分散能量,對低頻段的EMI有好處;

              3、適當(dāng)降低開關(guān)速度,降低開關(guān)速度,可以降低開關(guān)時(shí)刻的di/dt,dv/dt。對高頻段的EMI有好處;

              4、采用軟開關(guān)技術(shù),比如PSFB,AHB之類的ZVS可以降低開關(guān)時(shí)刻的di/dt,dv/dt。對高頻段的EMI有好處。而LLC等諧振技術(shù),可以讓一些波形變成正弦波,進(jìn)一步降低EMI;

              5、對一些振蕩尖峰做吸收,這些管子上的振蕩,往往頻率很高,會發(fā)射很大的EMI;

              6、采用反向恢復(fù)好的二極管,二極管的反向恢復(fù)電流,不但會帶來高di/dt.還會和漏感等寄生電感共同造成高的dv/dt。

              但事實(shí)上,是EMI發(fā)射源無法根本解決。而且一些從源頭抑制EMI的方法同時(shí)會降低效率,所以從傳播途徑來抑制EMI顯得尤為重要。

              下面來看一下傳播途徑,這個是poon Pong 兩位教授總結(jié)的傳播途徑,比較的直觀全面。

            教你如何通俗理解開關(guān)電源EMI



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