另一个产生电磁感应噪声的主要骚扰源是脉冲变压器。在反激式电路中,由于原副边绕组耦合系数不为1,变压器存在着一定的漏感Ls。当开关关断时,Ls所产生的反电势-Lsdi/dt会使开关管的漏源极之间的电压出现上冲。这是因为Ls上的能量——漏磁通不能通过变压器耦合到副边进行释放,因此,这部分能量同开关管的寄生电容Cs和输入电源Vin共同构成一个衰减的LC谐振,叠加在关断电压上,形成关断电压尖峰。这个尖峰噪声实际上是尖脉冲,除了造成干扰外,重者有可能击穿开关管。而且它还是一种传导性电磁干扰,既影响变压器的初级,还会使干扰传导返回配电系统,造成输入侧电网的电磁干扰,从而影响其它用电设备的安全和经济运行。
和开关管一样,电路当中的脉冲变压器也存在高频率的di/dt变化,也会向空间辐射高频的电磁波,干扰其他的元器件和设备。为此也应当想法将变压器这些高频电磁波屏蔽掉。
对于电磁场而言,电场分量和磁场分量总是同时存在的。所以,在屏蔽电磁场时,必须对电场与磁场同时加以屏蔽。高频电磁屏蔽的机理主要是基于电磁波穿过金属屏蔽体产生波反射和波吸收的机理。电磁波达到屏蔽体表面时,之所以会产生波反射,其主要原因是电磁波的波阻抗与金属屏蔽体的特征阻抗不相等,两者数值相差越大,反射引起的损耗就越大。反射波还和频率有关,频率越低,反射越严重。而电磁波在穿透屏蔽体时产生的吸收损耗则主要是由电磁波在屏蔽体中的感生涡流引起的。感生的涡流可以产生一个反磁场抵消原干扰磁场,同时,涡流在屏蔽体内流动产生热损耗。
2 电磁兼容的设计
电磁兼容性设计包括电路选择、元器件的选择、滤波、屏蔽、接地、布局等。
2.1 软开关技术
选择零电压开关、零电流开关谐振技术或其他软开关技术。在零电压谐振变换器中,功率开关上的电压波形为准正弦,dv/dt小;在零电流准谐振变换中,流过功率开关的电流为准正弦,di/dt小,这样就可以减小EMI电平。因为,干扰频谱窄,且集中在谐振频率附近,易于滤波器的设计。
要特别注意降低功率开关的di/dt与dv/dt和减小整流二极管噪声的缓冲电路的设计。
2.2 滤波
滤波是抑制干扰的一种有效措施,尤其是在对付传导干扰方面,具有明显的效果。欲削弱传导干扰,把EMI电平控制在有关EMC标准规定的极限电平以下。除抑制骚扰源以外,最有效的方法就是在开关电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。在滤波电路中,选用穿心电容、三端电容、铁氧体磁环,能够改善电路的滤波特性。EMI滤波器如图2所示。
图2 输入EMC滤波器原理图
这种EMI滤波器既能抑制共模干扰又能抑制差模干扰。它是开关电源EMI滤波器的基本网络结构,其中L1和L2是绕在同一磁环上两只独立线圈,匝数相同,有相同方向的同名端,称之为共模电感线圈或者共模线圈。L3与L4是独立的差模抑制电感,C1、C2和C3是电容器。如果把该滤波器一端接入干扰源,负载端接上被干扰设备,那么L1和C1,L2和C2就分别构成了两对独立端口间的低通滤波器,用来抑制电源线上存在的共模EMI信号,使之衰减,并被控制到很低的电平上。L3及L4形成的独立差模抑制电感和电容C3组成了一个低通滤波器,用来抑制电源线上存在的差模EMI信号。
适当的设计或选择合适的滤波器,并正确地安装滤波器是抗干扰技术的重要组成部分,具体措施如下。
1)在交流电输入端加装电源滤波器,其电路图如图2所示。其中L3,L4和C3用于抑制差模噪声,L1,L2,C1和C2用于抑制共模噪声。所有的电源滤波器都必须接地,因为滤波器的共模旁路电容必须在接地时才起作用。一般的接地方法除了将滤波器与金属外壳相接之外,还要用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地点相连,接地阻抗越小滤波效果越好。另外,滤波器应尽量安装在靠近电源入口处,避免干扰信号从输入端直接耦合到输出端。