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开关电源EMI抑制的常用措施及不足

2017-2-13 17:21:41 3621 电磁干扰开关电源

0 目前抑制干扰的几种措施　　形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而，抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径（见图2）;第三是进步受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。　　采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如，功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗，为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的尽缘片进行尽缘，这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容，开关电源的底板是交流电源的地线，因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输进端产生共模干扰，解决这个题目的办法是采用两层尽缘片之间夹一层屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，切断了射频干扰向输进电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射，电磁干扰对其他电子设备的影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩，然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体，就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。例如，静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地，但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应，所以仍以接地为好，这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连，可为信号回路提供稳定的参考电位。因此，系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后，终极都与大地相连。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则，假如形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声，实际上很难实现“一点接地”。因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面（底板或多层印制板电路的导电平面层等）作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。　　　　滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如，在电源输进端接上滤波器，可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰，也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中，还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。　　　　EMI滤波技术是一种抑制尖脉冲干扰的有效措施，可以滤除多种原因产生的传导干扰。图3是一种由电容、电感组成的EMI滤波器，接在开关电源的输进端。电路中，C1、C5是高频旁路电容，用于滤除两输进电源线间的差模干扰;L1与C2、C4;L2与C3、C4组成共模干扰滤波环节，用于滤除电源线与地之间非对称的共模干扰;L3、L4的初次级匝数相等、极性相反，交流电流在磁芯中产生的磁通相反，因而可有效地抑制共模干扰。测试表明，只要适当选择元器件的参数，便可较好地抑制开关电源产生的传导干扰。目前开关电源EMI抑制措施的不足之处　　现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径出发，这确是抑制干扰的一种行之有效的办法，但很少有人涉及直接控制干扰源，消除干扰，或进步受扰设备的抗扰能力，殊不知后者还有很多发展的空间。改进措施的建议　　我以为目前从电磁干扰的传播途径出发来抑制干扰，已渐进成熟。我们的视点要回到开关电源器件本身来。从多年的工作实践来看，在电路方面要留意以下几点：　　（1）印制板布局时，要将模拟电路区和数字电路区公道地分开，电源和地线单独引出，电源供给处汇集到一点;PCB布线时，高频数字信号线要用短线，主要信号线最好集中在PCB板中心，同时电源线尽可能阔别高频数字信号线或用地线隔开。其次，可以根据耦合系数来布线，尽量减少干扰耦合。（见表1）　　　　（2）印制板的电源线和地线印制条尽可能宽，以减小线阻抗，从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。　　（3）器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度，以减小元件分布电感的影响。　　（4）在Vdd及Vcc电源端尽可能靠近器件接进滤波电容，以缩短开关电流的流通途径，如用10μF铝电解和0 1μF电容并联接在电源脚上。对于高速数字IC的电源端可以用钽电解电容代替铝电解电容，由于钽电解的对地阻抗比铝电解小得多。 5
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