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电源工程师最怕的EMC,原来可以这么简单!

2017-10-23 10:23 来源:互联网 编辑:Janet

由于现在开关电源的速度越来越快,功率越来越高,密度越来越大,必然会产生干扰问题,我们就要解决这个干扰。干扰分为两个方面,一个是干扰其他的电器产品,简称EMI(electromagnetic interference)电磁干扰;另一个是被其他电器产品干扰,也叫抗干扰性,我们用EMS(electromagnetic susceptibility)表示。因此,做电磁兼容,实际上是做这两个部分,电磁兼容简称EMC(electromagnetic compatibility),我们这里主要是讨论EMC的问题。

电磁兼容从两个方面去考虑:一方面,一般性产品都有电源引入线和产品本身的器件组成,做电磁兼容需要消除电源线上引入的外部噪音,以及电气产品产生的噪音;另一方面,还要避免向外部发出噪音干扰,这样在自己正常工作的同时也不影响别人。

电源工程师最怕的EMC,原来可以这么简单!

一般来讲,我们把输入的无用信号,统称为噪音。要想理解以上问题,我们需要知道什么叫噪音。最早的时候,由于电源发出一些声响,我们把这样的声响称为噪音,但是实际上人耳接受频段的能力是有限的,2Hz-2KHz。实际上更多的频段的信息(无用信号)是人耳听不见的,因此我们把凡是对器件本身无用的信号称为噪音。

噪音按照传播路径来分,可以分为传导噪音干扰,和空间噪音干扰。其传导干扰,主要通过导体传播。通过导电介质,把一个电网络上的介质,耦合到另一个电网络。那么这个更多的是由电场中电子运动引起的,因此它的频谱带宽并不高,在30M以下。另外一种,由于电子运转速度越快和电流的变化速度越快产生了磁场,而磁场之间又是相互耦合,我们把这样的现象称为电磁场。电磁场由于频谱较高,一般在30 Hz-30 ZHz,由于带宽高,斜率陡,它更容易向空间辐射,我们把这样的干扰称为辐射干扰,所以解决EMC的问题是解决传导干扰和辐射干扰这两类问题。从技术角度来说是解决电场和电磁场问题。由于这些干扰对产品产生负面影响,甚至不能够正常工作,所以我们尽可能消灭它。那么从原理来说,我们只要衰减这些信号波,干扰波,让它们的破坏降低就可以了。从方法角度来说,我们一般用滤波器来进行衰减,甚至消除。那么传导噪音干扰,一般可以通过设计滤波电路,或者增加滤波器的方法来进行抑制和衰减。也可以采用双绞线,或同轴电缆的方式。而空间辐射干扰则主要通过密封屏蔽技术在结构上实行电磁屏蔽。比如说可以用带屏蔽层的电源线,结构上可以用电源罩。比如笔记本电脑上采用屏蔽贴,一些产品上镀一层导电漆来进行屏蔽。

综上所述,电磁干扰分为传导干扰,空间干扰;传导干扰又分共模干扰和差模干扰,那么空间干扰又分辐射干扰和感应干扰;感应干扰又分电场耦合和磁场耦合。

那么,构成干扰要有三要素,骚扰源,传播途径,敏感设备。骚扰源分两种,一种是电场的骚扰源,一种是磁场的骚扰源。

电源工程师最怕的EMC,原来可以这么简单!

在电路设计中如何解决共模干扰和差模干扰?

上文提到的传导噪音干扰,又分为差模干扰和共模干扰两种。差模干扰是指两条电源线之间(wire to wire)的,主要通过选择合适的电容(X电容,也称安规电容),和差模线圈来进行抑制和衰减。共模干扰则是两条电源线分别对大地(简称线对地)的,主要通过选择合适的电容(Y电容,也是安规级别的),和共模线圈来进行抑制和衰减。我们常用的低通滤波器,一般会同时具有抑制共模和差模干扰的功能。

电源工程师最怕的EMC,原来可以这么简单!

如图1,3为差模电容,2为共模电感,4为共模电容。

1,2,3共同组成的叫π型滤波器,1,3组成的电容主要是滤两根线之间的信号差,因此而得名。一般这两个电容的取值在0.22 uf-1.5 uf。在出现干扰超标的时候,一般解决方法是把这两个电容的值加大,但随着电容容值加大,会导致漏电流加大,这点需要注意。

2为共模电感,这个上面有两根独立的线圈,方向相反的绕制在同一个圆形闭合的磁芯上,当有差分信号通过时,由于这两根导线大小相等,反向相反,因此产生的磁场相互抵消了。共模电感的感量选型一般在几百微亨到几毫亨级别。4为共模电容,这两个电容由于分别连接着L和N两根线且对地的,呈Y型状,因此而得名。它们的取值一般在2200pF-6800pF,其值越大,越容易解决干扰问题,但是漏电也越大,取值要甚重。

当电路中的正常电流流经共模电感时,电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消,此时正常信号电流主要受线圈电阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼);当有共模电流流经线圈时,由于共模电流的同向性,会在线圈内产生同向的磁场而增大线圈的感抗,使线圈表现为高阻抗,产生较强的阻尼效果,以此衰减共模电流,达到滤波的目的。

一般 滤波器不单独使用差模线圈,因为共模电感两边绕线不一致等原因,电感必定不会相同,因此能起到一定的差模电感的作用。如果差模干扰比较严重,就要追加差模线圈。

差模干扰:简单的说就是线对线的干扰。

差模干扰:简单的说就是线对线的干扰。

如图,我们可以看到差模的原理图。UDM 就是差模电压,IDM 就是差模电流。IDM 大小相同,方向相反。

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标签: 电源工程师 EMC

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