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开关电源之EMI噪声产生、抑制及滤波的分析

2017年12月07日 09:52 次阅读

开关电源作为一种通用电源,以其轻、薄、小和高效率等特点为人们所熟知,是各种电子设备小型化和低成本化不可缺少的一种电源方式,已成为当今的主流电源。随着电子信息产业的迅猛发展,其应用范围也必将日益扩大,需求量也会与日俱增。然而,当人们尽情享用开关电源所带来的轻、薄、小和高效率等种种便利之时,同时也带来了噪声干扰的种种危害。特别是开关电源在向更小体积、更高频率、更大功率的方向发展,其dV/dt、dI/dt所带来的EMI噪声也将会更大。它的传导噪声、辐射噪声会波及整机的安全,有时会干扰一些CPU的指令,引起系统的误操作,严重时还会引起系统的颠覆性破坏。为此,我们在使用开关电源时,要密切关注开关电源的EMI噪声所带来的危害,采取积极的防范措施来降低EMI噪声,把EMI噪声的影响降到最低。

1 EMI噪声电流

    开关电源的电路拓扑结构很多,按功率开关管与高频变压器的组合工作方式可分为全桥、半桥、推挽、单端正激、单端反激等模式。在中小功率开关电源模块中,使用较多的电路拓扑结构为推挽式、单端正激式、单端反激式等。典型的单端正激式开关电源电路框图如图1所示,它由功率开关管Q1、高频变压器T、整流二极管Dl、续流二极管D2、输出滤波电感L、输出滤波电容C等组成。工作时,可由PWM控制单元送出脉宽可变的脉冲信号来驱动开关管Ql,当开关管Q1导通时,再通过高频变压器将输入端的直流能量传到次级,开关管Ql截止时,高频变压器进行磁复位。通过高频变压器传来的高频脉冲经整流二极管整流成单一方向的脉动直流,这个脉动直流经输出滤波电感和滤波电容滤波后,即可送出所需要的直流电压。

开关电源之EMI噪声产生、抑制及滤波的分析

在功率开关管Q1的高频开关切换过程中,流过功率开关管和高频变压器的脉冲会产生纷杂的谐波电压及谐波电流。这些谐波电压及谐波电流产生的噪声可通过电源输入线传到公共供电端,或通过开关电源的输出线传到负载上,从而对其它系统或敏感元器件造成干扰。这些噪声在电源线上传导的噪声频谱图如图2所示,从图中可以看出,在几百kHz到50 MHz的频段内,也就是在开关频率的基波和若干次谐波的频段内,干扰噪声的幅值远远超过了GJBl51A所规定的范围,因而会造成系统传导噪声等电磁兼容指标超标。

开关电源之EMI噪声产生、抑制及滤波的分析

那么这些噪声是怎样形成的,它又是怎样传播的呢?下面以中小功率金属封装结构的表面贴装开关电源模块为例来进行分析。

1.1 共模干扰电流

    金属封装结构表面贴装开关电源模块的整个电路元器件全部都装配在基片上。PWM控制片、功率开关管、整流二极管等有源器件全部采用表面贴装封装元件。输入输出的电压电流由引线送出,其内部结构示意图如图3所示。

开关电源之EMI噪声产生、抑制及滤波的分析

管壳的底板是氧化铝基片的载体,氧化铝基片的正面是布线区和元器件的组装区,背面用厚膜浆料进行金属化,然后通过焊料(如焊锡等)与管壳的金属底板相连。氧化铝基片的介电常数为8,厚度通常在0.5~1.0 mm范围内。在氧化铝基片正面的组装区,表面贴装元件(如PWM控制片、运放、基准源、MOSFET开关管、整流二极管)等通过焊料(如导电胶、再流焊的焊锡等)与布线区的焊盘相连。这样的连接方式虽然构成了电路回路,但也给电路带来了新的寄生电容Cp。这些寄生电容的分布如图4所示。

开关电源之EMI噪声产生、抑制及滤波的分析

在初级回路中,功率开关管芯片、PWM控制芯片、运算放大器芯片、电源正负输入线的走线轨迹等都会与外壳底板之间产生寄生电容Cp,寄生电容的容量大小取决于基片的厚度和它们在底板上所占据的面积。这样,在电路中,这些元器件及其走线与外壳底板之间就形成了分布电容Cp1、Cp2、……、Cp6等。这些分布电容在dV/dt、dI/dt及整流二极管反向恢复电流等共同影响下,就会引起噪声电流。这些噪声电流对于输入电源线的正负之间、以及输出负载线的正负之间大小相等,相位相同,称之为共模噪声电流。共模噪声电流的大小与分布电容的大小、dV/dt、dI/dt等有关。

1.2 初级差模干扰电流

    图5所示是初级差模干扰电流示意图。在初级回路中,功率开关管Q1、高频变压器原边绕组Lp与输入滤波电容Ci构成了开关电源的输入直流变换回路,这个变换回路在正常工作时,会将输入的直流能量通过高频变压器传给次级。但在功率开关管Q1开关时,高频脉冲的上升和下降所引起的基波及谐波会沿着输入滤波电容Ci传向输入供电端,这种沿着输入电源线正负端传播的噪声电流称之为初级差模干扰电流IDIFF。

开关电源之EMI噪声产生、抑制及滤波的分析

这种差模干扰电流IDIFF经输入电源线流向公共供电端,特别是当输入滤波电容Ci滤波不足时,对输入电源线的干扰很大,它还会通过公共的供电端干扰系统的其它部分,从而使其它部分的性能指标降低。

1.3 次级差模干扰电流

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发表于 2018-03-02 09:25 2317次阅读
简单的开关电源电路图大全(六款简单的开关电源电路...

使用PCB孔来减少EMI,接地连接非常重要

很多小朋友喜欢吃甜甜圈。 每每在那些轻松惬意的亲子时刻,可爱的小宝贝们难免会好奇地开启十万个为什么的...

发表于 2018-03-02 09:07 6081次阅读
使用PCB孔来减少EMI,接地连接非常重要

教你一个抑制可调光LED EMI的简单方法

嗯,你的新设计很牛,它差不多能满足EMI要求,但!却又不完全如此。令你吃惊的是,电路产生的传导EMI...

发表于 2018-03-01 15:14 669次阅读
教你一个抑制可调光LED EMI的简单方法

高度集成的宽VIN同步转换器具有出色的EMI和热...

德州仪器近日推出了两个具有出色的抗电磁干扰(EMI)和热性能的宽VIN同步直流/直流降压稳压器系列。...

发表于 2018-02-26 11:12 1671次阅读
高度集成的宽VIN同步转换器具有出色的EMI和热...

开关电源中常用的UC384系列芯片的区别解析

UC3842/3843/3844/3845这四种芯片的鉴别方法:用一个0-20V的可调电源接384X...

发表于 2018-02-24 11:18 813次阅读
开关电源中常用的UC384系列芯片的区别解析

万能电源模块原理图 常见故障处理方法

开宇牌智能型开关电源也被称为是万能电源模块,几乎都是在VCD,彩电等接收机开关电源维修的重要设备。为...

发表于 2018-02-18 14:52 602次阅读
万能电源模块原理图 常见故障处理方法

解析开关电源中光耦的作用与光耦反馈接法

在一般的隔离电源中,光耦隔离反馈是一种简单、低成本的方式。但对于光耦反馈的各种连接方式及其区别,目前...

发表于 2018-02-17 19:32 2703次阅读
解析开关电源中光耦的作用与光耦反馈接法

只知道电源电路很重要,原理和布线你了解多少?

从理论上讲,线性电源是用户需要多少电流,输入端就要提供多少电流;开关电源是用户需要多少功率,输入端就...

发表于 2018-02-16 11:31 910次阅读
只知道电源电路很重要,原理和布线你了解多少?

如何正确测试电源纹波 移除多余闲置的探棒

输出电压上的高频噪音,一般是由于MOSFET输出的开关电压V-Phase的振铃引起的,而振铃主要是由...

发表于 2018-02-15 11:38 268次阅读
如何正确测试电源纹波 移除多余闲置的探棒

60W隔离反激开关电源(SMPS)电路图详解

infineon公司的ICE5QR0680AG是第五代PWM控制器,集成了高压700 V和800 V...

发表于 2018-02-11 05:17 190次阅读
60W隔离反激开关电源(SMPS)电路图详解

开关电源灌胶的目的、要求和对胶的看法 以及EM...

1、防水性,灌封胶将整个产品电气部份严密的包裹起来,与外界完全隔绝;什么水、水气、酸碱盐都挨不到电路...

发表于 2018-02-09 16:01 1601次阅读
开关电源灌胶的目的、要求和对胶的看法  以及EM...

介绍下使用 OpenCV 的三个基本功能以及噪声...

简单的介绍下使用 OpenCV 的三个基本功能: • 图像的读取• 图像的显示• 访问图像的像...

发表于 2018-02-07 16:35 787次阅读
介绍下使用 OpenCV 的三个基本功能以及噪声...

24v开关电源电路图大全(五款电源电路设计原理图...

本文主要介绍了24v开关电源电路图大全(五款模拟电路设计原理图详解)。24V开关电源,是高频逆变开关...

发表于 2018-02-07 09:29 3245次阅读
24v开关电源电路图大全(五款电源电路设计原理图...

多种开关电源输出滤波器技术逐步骤的设计过程解析

实践证明,在很多应用中,经过适当滤波的开关转换器可以代替线性稳压器从而产生低噪声电源。哪怕在要求极低...

发表于 2018-02-07 01:01 459次阅读
多种开关电源输出滤波器技术逐步骤的设计过程解析

超宽带EMI滤波器的设计思路

文章介绍超宽带EMI滤波器的设计思路,该滤波器的滤波频率可以达到40GHz甚至更高,在频率低端采用L...

发表于 2018-02-06 18:33 286次阅读
超宽带EMI滤波器的设计思路

设计滤波器堵住开关电源噪声的方法

开关电源几乎用于所有电子设备中。它们由于尺寸小、成本低和效率高而具有极高的价值。但是,它们最大的缺点...

发表于 2018-02-05 19:25 338次阅读
设计滤波器堵住开关电源噪声的方法

开关电源效率提升技巧汇总

1、在开关电源次级输出端的肖特基上并一个小功率快速二极管来代替RC吸收,效率一般可以提高1~2个点。...

发表于 2018-02-05 09:19 2189次阅读
开关电源效率提升技巧汇总

一款优质电源必然具备:启动性设计

一款优质电源必然具备启动性能好、转换效率高等特点,但你有没有想过宽压电源的输入电压范围那么广,而电源...

发表于 2018-02-02 09:33 4410次阅读
一款优质电源必然具备:启动性设计

从9个方面让传感器处理任何颜色通道所产生的噪声和...

对于给定的应用,要取得最好的结果,需校准摄像机系统,以便在不同光照和距离条件下确定像素位深度(bit...

发表于 2018-02-01 18:16 954次阅读
从9个方面让传感器处理任何颜色通道所产生的噪声和...

led灯开关电源电路图大全(五款模拟电路设计原理...

本文主要介绍了led灯开关电源电路图大全(五款模拟电路设计原理图详解),电路由电容降压电路、整流电路...

发表于 2018-01-31 11:45 2557次阅读
led灯开关电源电路图大全(五款模拟电路设计原理...

增加EMI/EMC预一致性测试节省设计周期中的时...

如果您和大多数设计人员一样,那么您可能想从本已非常紧张的设计周期中再省出一些时间。还好,有一个好方法...

发表于 2018-01-29 11:41 346次阅读
增加EMI/EMC预一致性测试节省设计周期中的时...

开关电源如何判断起振_开关电源不起振原因分析

开关电源,就是一个交流变直流,然后直流再变成交流,交流再变直流的的过程。不稳定的交流市电首先经过整流...

发表于 2018-01-26 13:59 927次阅读
开关电源如何判断起振_开关电源不起振原因分析

利用DSP芯片设计PWM开关电源的原理及完整解决...

目前,开关电源以具有小型、轻量和高效的特点而被广泛应用于以电子计算机为主异的各种终端设备和通信设备中...

发表于 2018-01-26 12:07 331次阅读
利用DSP芯片设计PWM开关电源的原理及完整解决...

UC3846的大功率开关电源的设计

本文主要介绍了一种UC3846的大功率开关电源的设计。介绍和比较了电压型PWM控制器和电流型PWM控...

发表于 2018-01-26 11:08 753次阅读
UC3846的大功率开关电源的设计

基于UC3846的有源嵌位单级PFC开关电源

本文主要介绍了基于UC3846的有源嵌位单级PFC开关电源。一个完整的、独立工作的开关电源包括EMC...

发表于 2018-01-26 10:20 631次阅读
基于UC3846的有源嵌位单级PFC开关电源

基于UC3846的全桥开关电源的设计

本文主要介绍了基于UC3846的全桥开关电源的设计,控制电路主要包括控制器、保护电路、电流反馈、电压...

发表于 2018-01-25 17:39 533次阅读
基于UC3846的全桥开关电源的设计

四款l6599d经典应用电路图详解

本文主要介绍了四款l6599d经典应用电路图详解。L6599是一双端控制器特别为串联谐振半桥拓扑。它...

发表于 2018-01-25 12:33 634次阅读
四款l6599d经典应用电路图详解