EMC電源知識

開關電源電磁標準及其幹擾抑制壹、引言電磁兼容性（EMC）是指電子設備或系統在規定的電磁環境電平下不因電磁幹擾而降低性能指標，同時它們本身產生的電磁輻射不大於規定的極限電平，不影響其它電子設備或系統的正常運行，並達到設備與設備、系統與系統之間互不幹擾、***同可靠地工作的目的。世界各國都相應制定了自己的EMC標準。比如國際電工委員會的1EC61000及(C1SPR系列標準、歐洲***同體的FN系列標準、美國聯邦通信委的FCC系列標準和我國現行的GT3/T13926系列EMC標準等。隨著國際電磁兼容法規的日益嚴格，產品的電磁兼容性能越來越受到重視。開關電源作為壹種電源設備，其應用越來越廣泛。隨著電力電子器件的不斷更新換代，開關電源的開關頻率及開關速度不斷提高，但開關的快速通斷，引起電壓和電流的快速變化。這些瞬變的電壓和電流，通過電源線路、寄生參數和雜散的電磁場耦合，會產生大量的電磁幹擾。二、開關電源的幹擾源分析開關電源產生的電磁幹擾（EMI），按耦合通道來分，可分為傳導幹擾和輻射幹擾；按噪聲幹擾源種類來分可分為尖峰幹擾和諧波幹擾。開關電源在工作過程中所產生的浪湧電流和尖峰電壓就形成了幹擾源，工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開關管高頻工作時的電壓切換以及輸出整流二極管的反向恢復電流都是這類幹擾源。三、電磁幹擾的抑制措施電磁幹擾由三個基本要素組合而產生：電磁幹擾源；對該幹擾能量敏感的設備；將電磁幹擾源傳輸到敏感設備的媒介即傳輸通道或藕合途徑。對開關電源產生的電磁幹擾所采取的抑制措施，主要從兩個方而考慮：壹是減小幹擾源的幹擾強度；壹是切斷幹擾傳播途徑。常用的抗幹擾措施包括電路的隔離、屏蔽、接地、加裝EMI濾波器以及PCB板的合理布局與布線。1．電路的隔離在開關電源中，電路的隔離主要有：模擬電路的隔離、數字電路的隔離、數字電路與模擬電路之間的隔離。主要目的是通過隔離元器件把噪聲幹擾的路徑切斷，從而達到抑制噪聲幹擾的效果。對於開關電源的模擬信號控制系統的隔離，交流信號壹般采用變壓器隔離，直流信號壹般采用線性隔離器(如線性光電耦器)隔離。數字電路的隔離主要有:脈沖變壓器隔離、光電耦合器隔離等。其中數字量輸入隔離方式主要采用脈沖變壓器隔離、光電耦合器隔離；而數字量輸出隔離方式主要采用光電耦合器隔離、高頻變壓器隔離。2．屏蔽屏蔽壹般分為兩類，壹類是靜電屏蔽，主要用於防止靜電場和恒定磁場的影響;另壹類是電磁屏蔽，主要用於防止交變電場、交變磁場以及交變電磁場的影響。屏蔽是抑制開關電源輻射幹擾的有效方法。可以用導電良好的材料對電場屏蔽，而用導磁率高的材料對磁場屏蔽。3．接地為防止各種電路在工作中產生互相幹擾，使之能相互兼容地工作，根據電路的性質，將工作接地分為不同的種類。比如直流地、交流地、數字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。在電路的設計中，應將交流電源地與直流電源地分開，模擬電路與數字電路的電源地分開，功率地與弱電地分開。4．加裝EMI濾波器電源濾波器安裝在電源線與電子設備之間，用於抑制電源線引出的傳導幹擾，又可以降低從電網引入的傳導幹擾，對提高設備的可靠性有重要的作用。開關電源產生的電磁幹擾以傳導幹擾為主，而傳導幹擾又分差模騷擾和***模幹擾兩種。構成開關電源EMI濾波器的基本網絡如圖1所示。該濾波器由***模扼流圈L、差模電容Cx和***模電容Cy組成。***模扼流圈L由兩個繞在同壹個高磁導率磁芯上的繞組構成，其結構使差模電流產生的磁通相互抵消。這種結構以較小體積獲得較大的電感值，並且不用擔心由於工作電流導致飽和。每個繞組與電容Cy分別組成L-E和N-E兩對獨立端口的低通濾波器，形成***模濾波網絡，用來抑制電源線上存在的***模幹擾。至於***模扼流圈L、差模電容Cx和***模電容Cy的取值大小，應盡量做到濾波器的諧振頻率低於開關電源的工作頻率，這樣可以實現對整個頻段的濾波。圖1 開關電源EMI濾波器5．PCB板的合理布局與布線開關電源的輻射幹擾與電流通路中的電流大小，通路的環路面積，以及電流頻率的平方等三者的乘積成正比，即輻射幹擾E∝I·A·f 2。運用這壹關系的前提是通路尺寸遠小於頻率的波長。上述關系式表明減小通路面積是減小輻射騷擾的關鍵，這是說開關電源的元器件要彼此緊密排列。在初級電路中，要求輸入端電容、晶體管和變壓器彼此靠近，且布線緊湊；在次級電路中，要求二極管、變壓器和輸出端電容彼此貼近。在印制板上，將正負載流導線分別布在印制板的兩面，並設法使兩個載流導體彼此間保持平行，因為平行緊靠的正負載流導體所產生的外部磁場是趨向於相互抵消的。四、結束語要提高開關頻率，提高開關電源產品的質量，電磁兼容性是不容忽視的問題。產生開關電源電磁幹擾的因素還很多，抑制電磁幹擾還有大量的工作。只有在設計時充分考慮電磁兼容問題，才能使開關電源得到更普遍的應用。