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电子线路与电磁干扰/电磁兼容设计分析
来源:本站整理  作者:佚名  2009-07-23 10:36:31



与电源开关管V1的集电极相连的电路,也是产生共模干扰信号的主要原因,因为在整个开关电源电路中,数电源开关管V1集电极的电位最高,最高可达600V以上,其它电路的电位都比它低,因此电源开关管V1的集电极与其它电路(也包括电源输入端的引线)之间存在很强的电场,在电场的作用下,电路会产生位移电流,这个位移电流基本属于共模干扰信号。

图2中的电容器C1、C2和差模电感器L1对i1、i2和i3差模干扰信号有很强的抑制能力。由于C1、C2在电源线拔出时还会带电,容易触电伤人,所以在电源输入的两端要接一个放电电阻R1。图4:反电动势又会对变压器初级线圈的分布电容进行充放电,从而产生阻尼振荡。

对共模干扰信号i4要进行完全抑制,一般很困难,特别是没有金属机壳屏蔽的情况下,因为在感应产生共模干扰信号的回路中,其中的一个“元器件”是线路板与大地之间的等效电容,此“元器件”的数值一般是不稳定的,进行设计时对指标要留有足够的余量。图2中L2和C3、C4是共模干扰信号抑制电路器件,在输入功率较大的电路中,L2一般要用两个,甚至三个,其中一个多为环形磁心电感。

根据上面分析,产生电磁干扰的原因主要是i1流过的主要回路,这个回路主要由电容器C5、变压器T1初级和电源开关管V1组成,根据电磁感应原理,这个回路产生的感应电动势为:

e=dψ/dt=S*dB/dt (2)

式中e为感应电动势,ψ为磁通量,S电流回路的面积,B为磁感应密度,其值与电流强度成正比,dψ/dt为磁通变化率。由此可见,感应电动势与电流回路的面积成正比。因此要减少电磁干扰,首先是要设法减小电流回路的面积,特别是i1电流流过的回路面积。另外,为了减少变压器漏感对周围电路产生电磁感应的影响,一方面要求变压器的漏感要做得小,另一方面一定要在变压器的外围包一层薄铜皮,以构成一个低阻抗短路线圈,把漏感产生的感应能量通过涡流损耗掉。

4、对辐射干扰信号的抑制

电磁辐射干扰也是通过电磁感应的方式,由带电体或电流回路及磁感应回路对外产生电磁辐射的。任何一根导体都可以看成是一根电磁感应天线,任何一个电流回路都可以看成是一个环形天线,电感线圈和变压器漏感也是电磁感应辐射的重要器件。要想完全抑制电磁辐射是不可能的,但通过对电路进行合理设计,或者采取部分屏蔽措施,可以大大减轻电磁干扰的辐射。

例如,尽量缩短电路引线的长度和减小电流回路的面积,是减小电磁辐射的有效方法;正确使用储能滤波电容,把储能滤波电容尽量近地安装在有源器件电源引线的两端,每个有源器件独立供电,或单独用一个储能滤波电容供电(充满电的电容可以看成是一个独立电源),防止各电路中的有源器件(放大器)通过电源线和地线产生串扰;把电源引线的地和信号源的地严格分开,或对信号引线采取双线并行对中交叉的方法,让干扰信号互相抵消,也是一种减小电磁辐射的有效方法;利用散热片也可以对电磁干扰进行局部屏蔽,对信号引线还可以采取双地线并行屏蔽的方法,让信号线夹在两条平行地线的中间,这相当于双回路,干扰信号也会互相抵消,屏蔽效果非常显著;机器或敏感器件采用金属外壳是最好的屏蔽电磁干扰方法,但非金属外壳也可以喷涂导电材料(如石墨)进行电磁干扰屏蔽。

5、对高压的静电的消除

图1中,如果输出电压高于1,000V,必须考虑静电消除。虽然大多数的开关电源都采取变压器进行“冷热地”隔离,由于“热地”,也叫“初级地”,通过电网可构成回路,当人体接触到“初级地”的时候会“触电”,所以人们都把“初级地”叫做“热地”,表示不能触摸的意思。而“冷地”也叫“次级地”,尽管电压很高,但它与大地不构成回路,当人体接触到“次级地”的时候不会“触电”,因此,人们都把“次级地”叫做“冷地”,表示可以触摸的意思。

但不管是"冷地"或者是"热地",其对大地的电位差都不可能是零,即还是会带电。如彩色电视机中的开关电源,"热地"对大地的电位差大约有400VP-P(峰峰值),"冷地"对大地的电位差大约有1500VP-P(峰峰值)。

“热地”带电比较好理解,而"冷地"带电一般人是难以理解的。那么"冷地"带电这个电压是怎样产生的呢?这个电压是由变压器次级产生的,虽然变压器次级的一端与“冷地”连接,但真正的零电位是在变压器次级线圈的中心,或整流输出滤波电容器介质的中间。这一点称为电源的“浮地”,即它为零电位,但又不与大地相连。由此可知“冷地”带电的电压正好等于输出电压的一半,如电视机显像管的高压阳极需要大约3万伏的高压,真正的零电位是在高压滤波电容(显像管石墨层之间的电容)的中间,或高压包的中间抽头处,由此可以求出电视机中的冷地与地之间的电压(静电)大约为1,5000V。同理,“热地”回路的“浮地”是在储能滤波电容器C5的中间,所以“热地”正常的带电电压为整流输出的一半,约为200 VP(峰值),如把开关管导通或截止时产生的反电动势也叠加在其之上,大约有400VP-P(峰峰值)。

图2中的R3就是用来降低冷地与大地之间静电电压的,C8的作用是降低冷热地之间的动态电阻。一般数字电路IC的耐压都很低,如果“冷地”带电的电压很高,通过静电感应,或人体触摸,很容易就会把IC击穿。

“冷地”带电是属于静电的范畴,它只相当于对一个小电容充电,这个小电容的一端是大地,电容量相当于“冷地”对大地之间的等效电容。另外,图2中的C1、C2、C3、C4、C8、R1、R8、T1属于安全器件,使用时要注意安全要求。

EMC常用标准:


EMC通用系列标准:IEC61000-4-X


工业环境抗扰度通用标准:EN50082-2


脉冲电流谐波测试标准:IEC61000-3-2


交流电源闪烁测试标准:IEC61000-3-3

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