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方案

反激式開關(guān)電源EMI設(shè)計(jì)與整改(1)





傳導(dǎo)設(shè)計(jì)與輻射整改是反激式開關(guān)電源的設(shè)計(jì)難點(diǎn)之一,芯朋微技術(shù)團(tuán)隊(duì)總結(jié)近幾年的適配器EMI調(diào)試經(jīng)驗(yàn),通過變壓器建模及變換器時(shí)頻域仿真分析,提出了一套實(shí)用EMI設(shè)計(jì)整改方法,將分三期分享給各位粉絲。
本期為大家介紹EMI法規(guī)及測試規(guī)范、反激變換器時(shí)頻域分析方法、EMI理論基礎(chǔ)及整改措施。








 1.EMI法規(guī)及測試規(guī)范  



      全電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無法忍受的電磁干擾的能力。電源對外部干擾(EMI)適用表1標(biāo)準(zhǔn)。

表1 EMI標(biāo)準(zhǔn)

          


      電源對外部干擾的免疫能力(EMS)適用表2標(biāo)準(zhǔn)。

表2 EMS標(biāo)準(zhǔn)


      EMI與EMS存在密切關(guān)系,本文主要討論射頻的傳導(dǎo)與輻射,其頻率測試范圍為150k-1GHz,最新標(biāo)準(zhǔn)EN55032明確規(guī)定了110Vac、230Vac兩檔測試電壓,EMI測試方法及限值分別如下圖所示。


圖1 傳導(dǎo)測試方法與限值


圖2 輻射測試方法與限值


      可見,傳導(dǎo)測試是有路徑的,干擾通過傳導(dǎo)電流或位移電流傳至LISN;而輻射測試并無路徑,干擾是通過空間交變電磁場來傳播。


 2.反激變換器時(shí)頻域分析方法  



      分段線性化為開關(guān)變換器的時(shí)域分析方法,如圖3所示,反激變換器可分為四段分析。

T1磁化模態(tài)


Tr傳輸模態(tài)


T2消磁模態(tài)


T3振蕩模態(tài)

圖3 反激變換器四段工作模態(tài)


      在一個(gè)開關(guān)周期結(jié)束時(shí),變壓器儲存的能量尚未釋放完畢,沒有T3振蕩模態(tài),定義為連續(xù)導(dǎo)電模式(CCM),否則稱之為不連續(xù)導(dǎo)電模式(DCM)。

      傅里葉變換為開關(guān)變換器的頻域分析方法,分連續(xù)傅里葉變換和離散傅里葉變換,分別定義如下:



     反激變換器主開關(guān)管的時(shí)頻域仿真波形如圖4所示。


(a) Vds時(shí)域波形


(b)Vds頻譜分布

圖4 反激變換器CCM與DCM時(shí)頻域波形


      可見,開關(guān)波形的頻譜分量是以開關(guān)頻率的整數(shù)倍為中心展開且幅值隨工作模式變化明顯;工作模式是導(dǎo)致110Vac和230Vac的EMI測試結(jié)果差異的主要原因。


 3.EMI理論基礎(chǔ)與整改措施  



      麥克斯韋方程組是分析EMI的理論基礎(chǔ),高斯電場和磁場定律描述了電場和磁場的性質(zhì):電磁是不完全對稱的,不存在磁單極子卻存在單一電荷,有N就有S,磁場線是閉合的。法拉第電磁感應(yīng)定律揭示出變化的磁場產(chǎn)生電場。安培-麥克斯韋定律指出了傳導(dǎo)電流和位移電流的存在,其中位移電流是電場隨時(shí)間變化產(chǎn)生的電流,是傳導(dǎo)定量分析的基礎(chǔ)。



      根據(jù)干擾信號在開關(guān)電源中的傳播路徑可分為差模干擾與共模干擾:差模干擾是指L線與N線之間的干擾,而共模干擾是指L線或N線對PE之間的干擾。

      反激式開關(guān)電源的EMI整改措施歸納如下,我們將在后兩期為大家深入探討。





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