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高频开关电源中EMI产生的机理及其抑制方法

时间:2016-07-02  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

  

  图2 整流器通过的电流波形及电容上的电压波形

  根据Fourier级数,图中的电流、电压波形可分解为直流分量和一系列频率为基波频率整数倍的正弦交流分量之和。通过电磁场理论以及试验结果表明,谐波(特别是高次谐波)会产生传导干扰和辐射干扰。通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰,在空间产生电场、磁场向外辐射产生的干扰称之为辐射干扰。

  2.2 变压器与开关管引起的电磁噪声

  逆变部分是开关稳压电源的核心,用以实现变压、变频以及完成输出电压的调整,主要有开关管和高频变压器组成。电磁噪声主要是由于变压器的漏感、分布电容以及开关管的开通、关断造成。开关电源中的高频变压器用作隔离和变压,变压器在理论分析时,通常认为是理想变压器,但是在实际应用中变压器存在漏感,而且在高频的情况下,还要考虑变压器层间的分布电容。高频变压器的等效电路模型如图3所示。

  

  图3 高频变压器的等效电路模型

  从图中可以看到变压器层间的分布电容使开关电源中的高频噪声很容易在初次级之间传递。而且如果电容滤波容量不足或高频特性不好,电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式通过变压器的寄生电容传到交流电源中。

  开关电源的体积、重量减小的根本原因是使功率半导体器件工作在高频开关状态,但导致的结果是产生了非常严重的电磁干扰。其原因是在工作过程中产生高的di/dt和dv/dt,以及变压器漏感,电路寄生电感与开关管寄生电容之间的高频震荡。开关电源中的电压波形大多为接近矩形的周期波,比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源电压波形等。频率高,一般在kHz以上,上升、下降时间短,dv/dt大,而且通过傅里叶展开以后,包含的谐波频率非常高,很容易污染周围的电磁环境。

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