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高频开关电源辐射骚扰的改进设计

来源:方正电气发布时间:2021-12-30 02:10:39人气:

  高频开关电源存在辐射骚扰超标的现象,为了抑制电磁骚扰而使用铁氧体元件,价格便宜,效果明显。铁氧体元件等效电路是电感L和电阻R组成的串联电路,L和R都是频率的函数。低频时,R很小,L起主要作用,电磁骚扰被反射而受到抑制;高频时,R增大,电磁骚扰被吸收并转换成热能,使高频骚扰大大衰减。不同的铁氧体抑制元件,有不同的最佳抑制频率范围。总之,选择和安装铁氧体元件可参照如下几条:

  (1)铁氧体的体积越大,抑制效果越好;

  (2)在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好;

  (3)内径越小抑制效果也越好;

  (4)横截面越大,越不易饱和;

  (5)磁导率越高,抑制的频率就越低;

  (6)铁氧体抑制元件应当安装在靠近骚扰源的地方;

  (7)在输入、输出导线上安装时,应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。

  根据上面对高频开关电源骚扰源和铁氧体元件的分析,决定在靠近骚扰源的地方套磁珠与磁环。图1a中电容C1的接地端套铁氧体磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5),图1b中整流二极管D1和D2使用肖特基二极管,其阳极套铁氧体磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5),直流输出线缆用铁氧体磁环(φ13.5×φ7.5×7)绕两圈且靠近出口处。经过处理后重新测试,其扫描曲线如图6所示。由此可见,大部分频段的辐射骚扰已被抑制到标准要求以下,但在频率81、138、165kHz附近处仍然超标。

  根据对开关电源电磁骚扰源的分析可知,在电路中高频变压器T1也是一个骚扰源。为了阻止高频变压器产生的骚扰信号以辐射方式发射,把变压器的外壳用屏蔽材料铜箔环绕一圈构成一回路加以屏蔽,以切断变压器通过空间耦合形成的辐射骚扰传播途径。并且为了减少因变压器一次侧开通时电流瞬间突变产生的di/dt骚扰,在变压器T1的一次侧串进1个电感,以减小器件的开通损耗,降低辐射骚扰信号。经过整改后,辐射骚扰大大下降,再次对本电源辐射骚扰进行测试,完全达到了标准要求,其测试结果如图7所示。
  随着高频开关电源等电子产品电磁兼容重要性的凸现,我们应该在产品设计初期阶段,同时进行电磁兼容设计,此时结构和电路方案尚未定型,可选用的方法较多。如果等到生产阶段再去解决,不但给技术和工艺上带来很大难度,而且会造成人力、财力和时间的极大浪费。所以,要走出设计修改法的误区,正确运用系统设计法。与EMI相关的因素多且复杂,仅做到上述的几点措施是远远不够的,还有接地技术、PCB布局走线等都很重要。电磁兼容的设计任重而道远,我们要不断进行研究探索,使我国的电子产品电磁兼容水平与国际同步。

关键词:高频 开关电源 辐射

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