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开关电源EMC产生机理及其对策

  • 2010-07-10 20:44
  • xiangyi

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  • EMC的分类及标准:

    EMC(Electromagnetic Compatibility)是电磁兼容,它包括EMI(电磁骚扰)EMS(电磁抗骚扰)。EMC定义为:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何设备的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。EMC整的称呼为电磁兼容。EMP是指电磁脉冲。

    EMC = EMI + EMS             EMI : 電磁干擾         EMS : 電磁相容性 (免疫力)

    EMI可分为传导Conduction及辐射Radiation两部分,Conduction规范一般可分为: FCC Part 15J Class BCISPR 22(EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3) Class B;国标IT类(GB9254GB17625)和AV类(GB13837GB17625)。FCC测试频率在450K-30MHzCISPR 22测试频率在150K--30MHzConduction可以用频谱分析仪测试,Radiation则必须到专门的实验室测试。

    EN55022Radiation Test & Conduction Test (传导 & 辐射测试) EN61000-3-2Harmonic Test (电源谐波测试) EN61000-3-3Flicker Test (电压变动测试)

    CISPR22(Comite Special des Purturbations Radioelectrique)应用于信息技术类装置, 适用于欧洲和亚洲地区;EN55022为欧洲标准,FCC Part 15 (Federal Communications Commission) 适用于美国,EN30220欧洲EMI测试标准,功率辐射测试标准是EN55013频率在30MHZ-300MHz

    EN55011辐射测试标准是:有的频率段要求较高,有的频率段要求较低。传导 (150KHZ-30MHZ) LISN主要是差模电流, 其共模阻抗为100欧姆(50 + 50); LISN主要是共模电流, 其总的电路阻抗为25欧姆(50 // 50)

    4线       AV        60dB/uV         150KHZ-2MHZ         start  9KHZ

    5线             PEAK               100dB/uV            150KHZ-3MHZ

    6线             PEAK               100dB/uV            2MHZ-30MHZ

    7线             QP                 70dB/uV             150KHZ-500KHZ

    Radiated (30MHZ-1GHZ): ADD 4N7/250V Y CAP          90dB/uV       30MHZ-300MHZ

       EMI为电磁干扰,EMIEMC其中的一部分,EMI(Electronic Magnetic Interference) 电磁干扰, EMI包括传导、辐射、电流谐波、电压闪烁等等。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的,通常称作干扰的三要素。 EMI线性正比于电流,电流回路面积以及频率的平方即:EMI = K*I*S*F2I是电流,S是回路面积,F是频率,K是与电路板材料和其他因素有关的一个常数。

    EMI是指产品的对外电磁干扰。一般情况下分为 Class A & Class B 两个等级。 Class A为工业等级,Class B 为民用等级 。民用的要比工业的严格,因为工业用的允许辐射稍微大一点。同样产品在测试EMI中的辐射测试来讲,在30-230MHz下,B类要求产品的辐射限值不能超过40dBm A类要求不能超过50dBm(以三米法电波暗室测量为例)相对要宽松的多,一般来说CLASS A是指在EMI测试条件下,无需操作人员介入,设备能按预期持续正常工作,不允许出现低于规定的性能等级的性能降低或功能损失。

    EMI是设备正常工作时测它的辐射和传导。在测试的时候,EMI的辐射和传导在接收机上有两个上限,分别代表Class AClass B,如果观察的波形超过B的线但是低于A的线,那么产品就是A类的。EMS是用测试设备对产品干扰,观察产品在干扰下能否正常工作,如果正常工作或不出现超过标准规定的性能下降,为A级。能自动重启且重启后不出现超过标准规定的性能下降,为B级。不能自动重启需人为重启为C级,挂掉为D级。国标有D级的规定,EN只有ABCEMI在工作頻率的奇数倍是最不好过的。

    EMS(Electmmagnetic Suseeptibilkr) 电磁敏感度一般俗称为 电磁免疫力”, 是设备抗外界骚扰干扰之能力,EMI是设备对外的骚扰。

    EMS中的等级是指:Class A,测试完成后设备仍在正常工作;Class B,测试完成或测试中需要重启后可以正常工作;Class C,需要人为调整后可以正常重启并正常工作;Class D,设备已损坏,无论怎样调整也无法启动。严格程度EMIB>AEMSA>B>C>D

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  • lin_mulin

    LV.1

    2011-11-06 02:43

    @xiangyi

    今天在家特别闲,特发12个帖子希望大家喜欢。也希望大家多发帖

    【原创】 开关电源EMC产生机理及其对策

    理想LED驱动电源的特点

    LED驱动电源的分类和应用

    LED灯的应用

    未来五年中国LED行业发展前景展望

    LED恒流电路和恒流方案大全

    全球LED驱动IC型号厂商大全

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    古代识人术

    新产品开发策略

    能把生意做好的 15 种人

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  • gzb518

    LV.1

    2011-11-07 09:55

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    LZ厉害啊,学习了
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  • resin

    LV.1

    2011-11-09 20:04

    @xiangyi

    传 导 方 面 EMI 对 策

    传导冷机时在0.15-1MHZ超标,热机时就有7DB余量。主要原因是初级BULK电容DF值过大造成的,冷机时ESR比较大,热机时ESR比较小,开关电流在ESR上形成开关电压,它会压在一个电流LN线间流动,这就是差模干扰。解决办法是用ESR低的电解电容或者在两个电解电容之间加一个差模电感。.........

    请问开关电流是指BULK电容的纹波电流还是其它方面?请高手讲解。
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  • hanxiaoabcd

    LV.1

    2011-11-09 23:40

    @xiangyi

    1MHZ 以内----以差模干扰为主

    1.增大X 电容量;

    2.添加差模电感;

    3.小功率电源可采用PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)

     

    1MHZ---5MHZ---差模共模混合,

    采用输入端并联一系列X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决,

    1.对于差模干扰超标可调整X 电容量,添加差模电感器,调差模电感量;

    2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制;

    3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107 一对普通整流二极管1N4007

    5M---以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法。

    对于外壳接地的,在地线上用一个磁环串绕2-3 圈会对10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用;可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环.处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。

     

    对于20--30MHZ

    1.对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置;

    2.调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值;

    3.在变压器外面包铜箔;变压器最里层加屏蔽层;调整变压器的各绕组的排布。

    4.改变PCB LAYOUT

    5.输出线前面接一个双线并绕的小共模电感;

    6.在输出整流管两端并联RC 滤波器且调整合理的参数;

    7.在变压器与MOSFET 之间加BEAD CORE

    8.在变压器的输入电压脚加一个小电容。

    9. 可以用增大MOS 驱动电阻.

     

    30---50MHZ 普遍是MOS 管高速开通关断引起,

    1.可以用增大MOS 驱动电阻;

    2.RCD 缓冲电路采用1N4007 慢管;

    3.VCC 供电电压用1N4007 慢管来解决;

    4.或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感;

    5.MOSFET D-S 脚并联一个小吸收电路;

    6.在变压器与MOSFET 之间加BEAD CORE

    7.在变压器的输入电压脚加一个小电容;

    8.PCB LAYOUT 时大电解电容,变压器,MOS 构成的电路环尽可能的小;

    9.变压器,输出二极管,输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。

     

    50---100MHZ 普遍是输出整流管反向恢复电流引起,

    1.可以在整流管上串磁珠;

    2.调整输出整流管的吸收电路参数;

    3.可改变一二次侧跨接Y电容支路的阻抗,PIN脚处加BEAD CORE或串接适当的电阻;

    4.也可改变MOSFET,输出整流二极管的本体向空间的辐射(如铁夹卡MOSFET; 铁夹卡DIODE,改变散热器的接地点)。

    5.增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射.

     

    200MHZ 以上 开关电源已基本辐射量很小,一般可过EMI 标准。

    好帖,谢谢LZ!!!

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  • hezhilong

    LV.1

    2011-11-13 18:00

    @xiangyi

    今天在家特别闲,特发12个帖子希望大家喜欢。也希望大家多发帖

    【原创】 开关电源EMC产生机理及其对策

    理想LED驱动电源的特点

    LED驱动电源的分类和应用

    LED灯的应用

    未来五年中国LED行业发展前景展望

    LED恒流电路和恒流方案大全

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    古代识人术

    新产品开发策略

    能把生意做好的 15 种人

    苦了楼主,我看看。
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  • 1314520s

    LV.1

    2011-12-01 17:14

    @xiangyi

    辐 射 方 面 EMI 对 策

    辐射在30300MHz频段内出现宽带噪声超标

    通过在电源线上增加去耦磁环(可开合)进行验证,如果有改善则说明和电源线有关系,采用以下整改方法:如果设备有一体化滤波器,检查滤波器的接地是否良好,接地线是否尽可能短;

    金属外壳的滤波器的接地最好直接通过其外壳和地之间的大面积搭接。检查滤波器的输入、输出线是否互相靠近。适当调整X/Y电容的容值、差模电感及共模扼流圈的感量;调整Y电容时要注意安全问题;改变参数可能会改善某一段的辐射,但是却会导致另外频度变差,所以需要不断的试,才能找到最好的组合。适当增大触发极上的电阻值不失为一个好办法;也可在开关管晶体管的集电极(或者是MOS管的漏极)或者是次级输出整流管对地接一个小电容也可以有效减小共模开关噪声。开关电源板在PCB布线时一定要控制好各回路的回流面积,可以大大减小差模辐射。在PCB电源走线中增加104/103电容为电源去耦;在多层板布线时要求电源平面和地平面紧邻;在电源线上套磁环进行比对验证,以后可以通过在单板上增加共模电感来实现,或者在电缆上注塑磁环。输入AC线的L线的长度尽量短;

    屏蔽设备内部,孔缝附近是否有干扰源;结构件搭接处是否喷有绝缘漆,采用砂布将绝缘漆擦掉,作比较试验。检查接地螺钉是否喷有绝缘漆,是否接地良好。

    楼主 辛苦了。


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  • 1314520s

    LV.1

    2011-12-01 20:49

    @xiangyi

    设计开关电源时防止EMI的措施:

    1.把噪音电路节点的PCB铜箔面积最大限度地减小;如开关管的漏极、集电极,初次级绕组的节点,等。                                                                          

    2.使输入和输出端远离噪音元件,如变压器线包,变压器磁芯,开关管的散热片,等等。

    3. 使噪音元件(如未遮蔽的变压器线包,未遮蔽的变压器磁芯,和开关管,等等)远离外壳边缘,因为在正常操作下外壳边缘很可能靠近外面的接地线。    

    4. 如果变压器没有使用电场屏蔽,要保持屏蔽体和散热片远离变压器。 

    5. 尽量减小以下电流环的面积:次级(输出)整流器,初级开关功率器件,栅极(基极)驱动线路,辅助整流器。  

    6.不要将门极(基极)的驱动返馈环路和初级开关电路或辅助整流电路混在一起。

    7.调整优化阻尼电阻值,使它在开关的死区时间里不产生振铃响声。

    8. 防止EMI滤波电感饱和。

    9.使拐弯节点和 次级电路的元件远离初级电路的屏蔽体或者开关管的散热片。

    10.保持初级电路的摆动的节点和元件本体远离屏蔽或者散热片。

    11.使高频输入的EMI滤波器靠近输入电缆或者连接器端。

    12.保持高频输出的EMI滤波器靠近输出电线端子。

    13. 使EMI滤波器对面的PCB板的铜箔和元件本体之间保持一定距离。

    14.在辅助线圈的整流器的线路上放一些电阻。

    15.在磁棒线圈上并联阻尼电阻。

    16.在输出RF滤波器两端并联阻尼电阻。

    17.PCB设计时允许放1nF/ 500 V陶瓷电容器或者还可以是一串电阻,跨接在变压器的初级的静端和辅助绕组之间。

    18.保持EMI滤波器远离功率变压器;尤其是避免定位在绕包的端部。

    19.PCB面积足够的情况下, 可在PCB上留下放屏蔽绕组用的脚位和放RC阻尼器的位置,RC阻尼器可跨接在屏蔽绕组两端。

    20.空间允许的话在开关功率场效应管的漏极和门极之间放一个小径向引线电容器(米勒电容, 10皮法/ 1千伏电容)。

    21.空间允许的话放一个小的RC阻尼器在直流输出端。

    22. 不要把AC插座与初级开关管的散热片靠在一起。

    楼主  太神了  很崇拜您
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  • xyx11

    LV.1

    2011-12-03 19:41

    @

    谢谢楼主

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  • 面壁没有思过

    LV.1

    2011-12-09 13:24

    @xyx11

    谢谢楼主

    学习
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  • zq2007

    LV.1

    2011-12-10 10:49

    @xiangyi

    1MHZ 以内----以差模干扰为主

    1.增大X 电容量;

    2.添加差模电感;

    3.小功率电源可采用PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)

     

    1MHZ---5MHZ---差模共模混合,

    采用输入端并联一系列X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决,

    1.对于差模干扰超标可调整X 电容量,添加差模电感器,调差模电感量;

    2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制;

    3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107 一对普通整流二极管1N4007

    5M---以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法。

    对于外壳接地的,在地线上用一个磁环串绕2-3 圈会对10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用;可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环.处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。

     

    对于20--30MHZ

    1.对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置;

    2.调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值;

    3.在变压器外面包铜箔;变压器最里层加屏蔽层;调整变压器的各绕组的排布。

    4.改变PCB LAYOUT

    5.输出线前面接一个双线并绕的小共模电感;

    6.在输出整流管两端并联RC 滤波器且调整合理的参数;

    7.在变压器与MOSFET 之间加BEAD CORE

    8.在变压器的输入电压脚加一个小电容。

    9. 可以用增大MOS 驱动电阻.

     

    30---50MHZ 普遍是MOS 管高速开通关断引起,

    1.可以用增大MOS 驱动电阻;

    2.RCD 缓冲电路采用1N4007 慢管;

    3.VCC 供电电压用1N4007 慢管来解决;

    4.或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感;

    5.MOSFET D-S 脚并联一个小吸收电路;

    6.在变压器与MOSFET 之间加BEAD CORE

    7.在变压器的输入电压脚加一个小电容;

    8.PCB LAYOUT 时大电解电容,变压器,MOS 构成的电路环尽可能的小;

    9.变压器,输出二极管,输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。

     

    50---100MHZ 普遍是输出整流管反向恢复电流引起,

    1.可以在整流管上串磁珠;

    2.调整输出整流管的吸收电路参数;

    3.可改变一二次侧跨接Y电容支路的阻抗,PIN脚处加BEAD CORE或串接适当的电阻;

    4.也可改变MOSFET,输出整流二极管的本体向空间的辐射(如铁夹卡MOSFET; 铁夹卡DIODE,改变散热器的接地点)。

    5.增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射.

     

    200MHZ 以上 开关电源已基本辐射量很小,一般可过EMI 标准。

    不错,讲的很全面,
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