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[導(dǎo)讀]先簡單介紹一下下EMI:  EMI翻譯成中文就是電磁干擾。其實(shí)所有的電器設(shè)備,都會(huì)有電磁干擾。只不過嚴(yán)重程度各有不同?! ‰姶鸥蓴_會(huì)影響各種電器設(shè)備的正常工作,會(huì)干擾通信數(shù)據(jù)的正常傳遞,雖然對人體的傷害尚無

先簡單介紹一下下EMI

  EMI翻譯成中文就是電磁干擾。其實(shí)所有的電器設(shè)備,都會(huì)有電磁干擾。只不過嚴(yán)重程度各有不同。

  電磁干擾會(huì)影響各種電器設(shè)備的正常工作,會(huì)干擾通信數(shù)據(jù)的正常傳遞,雖然對人體的傷害尚無定論,但是普遍認(rèn)為對人體不利。

  所以很多國家和地區(qū)對電器的電磁干擾程度有嚴(yán)格的規(guī)定。當(dāng)然電源也不例外的,所以我們有理由好好了解EMI以及其抑制方法。

  下面結(jié)合一些專家的文獻(xiàn)來描述EMI.

  首先EMI 有三個(gè)基本面

  

 

  就是

  噪音源:發(fā)射干擾的源頭。 耦合途徑:傳播干擾的載體。 接收器:被干擾的對象。

  缺少一樣,電磁干擾就不成立了。所以,降低電磁干擾的危害,也有三種辦法:

  1. 從源頭抑制干擾。

  2.切斷傳播途徑

  3.增強(qiáng)抵抗力,這個(gè)就是所謂的EMC(電磁兼容)

  先解釋幾個(gè)名詞:

  傳導(dǎo)干擾:也就是噪音通過導(dǎo)線傳遞的方式。

  輻射干擾:也就是噪音通過空間輻射的方式傳遞。

  差模干擾:由于電路中的自身電勢差,電流所產(chǎn)成的干擾,比如火線和零線,正極和負(fù)極。

  共模干擾:由于電路和大地之間的電勢差,電流所產(chǎn)生的干擾。

  通常我們?nèi)?shí)驗(yàn)室測試的項(xiàng)目:

  傳導(dǎo)發(fā)射:測試你的電源通過傳導(dǎo)發(fā)射出去的干擾是否合格。

  輻射發(fā)射:測試你的電源通過輻射發(fā)射出去的干擾是否合格。

  傳導(dǎo)抗擾:在具有傳導(dǎo)干擾的環(huán)境中,你的電源能否正常工作。

  輻射抗擾:在具有輻射干擾的環(huán)境中,你的電源能否正常工作。

  首先來看,噪音的源頭:

  任何周期性的電壓和電流都能通過傅立葉分解的方法,分解為各種頻率的正弦波。

  所以在測試干擾的時(shí)候,需要測試各種頻率下的噪音強(qiáng)度。

  那么在開關(guān)電源中,這些噪音的來源是什么呢?

  

 

  開關(guān)電源中,由于開關(guān)器件在周期性的開合,所以,電路中的電流和電壓也是周期性的在變化。那么那些變化的電流和電壓,就是噪音的真正源頭。

  那么有人可能會(huì)問,我的開關(guān)頻率是100KHz的,但是為什么測試出來的噪音,從幾百K到幾百M(fèi)都有呢?

  我們把同等有效值,同等頻率的各種波形做快速傅立葉分析:

  

 

  藍(lán)色: 正弦波

  綠色: 三角波

  紅色: 方波

  可以看到,正弦波只有基波分量,但是三角波和方波含有高次諧波,諧波最大的是方波。

  也就是說如果電流或者電壓波形,是非正弦波的信號(hào),都能分解出高次諧波。

  那么如果同樣的方波,但是上升下降時(shí)間不同,會(huì)怎樣呢。

  同樣是100KHz的方波

  

 

  紅色:上升下降時(shí)間都為100ns

  綠色:上升下降時(shí)間都為500ns

  可以看到紅色的高次諧波明顯大于綠色。

  我們繼續(xù)分析下面兩種波形,

  A: 有嚴(yán)重高頻震蕩的方波, 比如MOS,二極管上的電壓波形。

  B:用吸收電路,把方波的高頻振蕩吸收一下。

  

 

  分別做快速傅立葉分析:

  

可以看到在振蕩頻率(大概30M)之后,A波形的諧波,要大于B波形。

 

  再來看,下面的波形,一個(gè)是具有導(dǎo)通尖峰的電流波形,一個(gè)沒有導(dǎo)通尖峰。

  

 

  對兩個(gè)波形做傅立葉分析:

  

 

  可以看到紅色波形的高次諧波,要大于綠色波形。

  繼續(xù)對兩個(gè)波形,作分析

  紅色: 固定頻率的信號(hào)

  綠色:具有稍微頻率抖動(dòng)的信號(hào)

  

 

  可以看到,頻率抖動(dòng),可以降低低頻段能量。進(jìn)一步,放大低頻段的頻譜能量:

  

 

  可以看到,頻率抖動(dòng)就是把頻譜能量分散了,而固定頻率的頻譜能量,集中在基波的諧波頻率點(diǎn),所以峰值比較高,容易超標(biāo)。

  最后稍微總結(jié)一下,如果從源頭來抑制EMI。

  1.對于開關(guān)頻率的選擇,比如傳導(dǎo)測試150K-30M,那么在條件容許的情況下,可選擇130K之類的開關(guān)頻率,這樣基波頻率可以避開測試。

  2.采用頻率抖動(dòng)的技術(shù)。頻率抖動(dòng)可以分散能量,對低頻段的EMI有好處。

  3.適當(dāng)降低開關(guān)速度,降低開關(guān)速度,可以降低開關(guān)時(shí)刻的di/dt,dv/dt。對高頻段的EMI有好處。

  4.采用軟開關(guān)技術(shù),比如PSFB,AHB之類的ZVS可以降低開關(guān)時(shí)刻的di/dt,dv/dt。對高頻段的EMI有好處。而LLC等諧振技術(shù),可以讓一些波形變成正弦波,進(jìn)一步降低EMI。

  5.對一些振蕩尖峰做吸收,這些管子上的振蕩,往往頻率很高,會(huì)發(fā)射很大的EMI.

  6.采用反向恢復(fù)好的二極管,二極管的反向恢復(fù)電流,不但會(huì)帶來高di/dt.還會(huì)和漏感等寄生電感共同造成高的dv/dt.

  下面來看一下傳播途徑,這個(gè)是poon & Pong 兩位教授總結(jié)的。

  傳播途徑,比較的直觀全面

  

 

  我們先來看傳導(dǎo)途徑:

  傳導(dǎo)干擾的傳遞都是通過電線來傳遞的,測試的時(shí)候,使測試通過電線傳導(dǎo)出來得干擾大小。

  

也就是說對電源來說,所有的傳導(dǎo)干擾都會(huì)通過輸入線,傳遞到測試接收器。

 

  那么這些干擾如何傳遞到接收器的?又要如何來阻擋這些干擾傳遞到接收器呢?

  先來看差模的概念,差模電流很容易理解,如下圖,

  

 

  差模電流在輸入的火線和零線(或者正線到負(fù)線)之間形成回路,用基爾霍夫定理可以很容易理解,兩條線上的電流完全相等。

  而這個(gè)差模電流除了包含電網(wǎng)頻率(或者直流)的低頻分量之外,還有開關(guān)頻率的高頻電流,如果開關(guān)頻率的電流不是正弦的,那么必然還有其諧波電流。

  現(xiàn)在以最簡單的,具有PFC功能的DCM 反激電源為例子,(如上圖)

  其輸入線上的電流如下:

  

 

  如將其放大:

  

 

  可以看到電流波形為,眾多三角波組成,但是其平均值為工頻的正弦。那么講輸入電流做傅立葉分析,可以得到:

  

 

  可以看到,除了100Khz開關(guān)頻率的基波之外,還有豐富的諧波。繼續(xù)分析到更高頻率,可以看到:

  

 

  如果不加處理,光差模電流就可以讓傳導(dǎo)超標(biāo)。

  那么如何,來阻擋這些高頻電流呢?最簡單有效的,就是加輸入濾波器。

  例子1,在輸入端加一個(gè)RC濾波器:

  

 

  在對輸入電流做傅立葉分析:

  

 

  可以看到高頻諧波明顯下降

  如果加LC濾波器:

  

 

  對輸入電流做分析:

  

 

  可以看到濾泡效果更好,但是在低頻點(diǎn)卻有處更高了。這個(gè)主要是LC濾波器諧振導(dǎo)致。

  而實(shí)際 電路中,由于各種阻抗的存在。LC不太容易引起諧振,但是也會(huì)偶爾發(fā)生。

  如果在傳導(dǎo)測試中發(fā)現(xiàn)低頻段,有非開關(guān)頻率倍頻的地方超標(biāo),可以考慮是否濾波器諧振。

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