驅動電源EMC電磁干擾要點

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驅動電源EMC電磁干擾要點

在開關電源產品的研發過程中，LED電源的EMC設計在整個產品研發過程中都是非常重要的一環。電源工程師較迷糊的事情恐怕就是EMC了，也是不同功率的開關電源所共同具備的一個棘手問題。EMC又稱為電磁兼容.由于如今開關電源的速度越來越快，功率越來越高，必然會發生攪擾疑問，咱們就要處理這個攪擾。攪擾分為兩個方面，一個是攪擾別的的電器商品，簡稱EMI電磁攪擾；另一個是被別的電器商品攪擾，也叫抗攪擾性簡稱EMC.

一、電源板EMC要點
1.整體布局基于信號流向，優選一字型布局，可選U型布局（但需盡量拉開輸入輸出線路間距離塊交叉；
2.濾波器靠近出線端子放置，保證端子到濾波器間布線較短；濾波器輸入輸出分開，走線不要靠波器必須遠離變壓器、功率開關管散熱器等高干擾器件，必要時需采取濾波器屏蔽措施；輸入濾波器拓撲（電路見附1），推薦值共模電容（470pF）、差模電容（1uF）、共模電感（5~30mH考慮線組繞制容）、差模電容（1uF）、共模電容（4.7nF）、共模電感（5~30mH考慮線組繞制寄生電容）；輸出濾量在主要功率輸出一路加裝共模電感（感值不要求太大，濾除高頻及減小整流管反向恢復電流），靠口加裝共模電容（10nF瓷片耐壓1KVDC）；
3.盡量減小防護電路（保險管、壓敏電阻、氣體放電管、緩沖電阻等）占用主電路的長度，先防其安裝方式，如將保險管豎立放置，元器件保證性能的情況下盡量選擇封裝小的型號等；減小濾波器間距離；保險絲、濾波元件、防雷元件布線短，布局緊湊；
4.主功率變壓器、主功率開關管散熱器、輸出整流散熱器、諧振電感、功率電流環路、驅動變壓輸入、輸出端口及輸入、輸出濾波器件；
5.敏感信號的濾波電容要放近芯片接收管腳(如電壓、電流采樣信號、防雷線路)；所有濾波和吸放置原則；吸收電阻盡量采取金屬電阻小封裝；
6.初級母線濾波電容-主功率變壓器初級線組-主功率管布局緊湊利于布線，主功率變壓器次級-濾波電容布局緊湊利于布線；
7.對于同一差分線對上的濾波器件同層、就近、并行、對稱放置
8.主功率管散熱器接初級直流地，輸出整流散熱器接保護地

二、輻射干擾(Radiated Interference)是通過空間并以電磁波的特性和規律傳播的。但不是任何裝置都能輻射電磁波的。傳導干擾(Conducted Interference)是沿著導體傳播的干擾。所以傳導干擾的傳播要求在干擾源和接收器之間有一完整的電路連接。
電磁兼容三要素：任何電磁兼容性問題都包含三個要素，即干擾源、敏感源和耦合路徑，這三個要素中缺少一個，電磁兼容問題就不會存在。
產生電磁干擾的條件: 突然變化的電壓或電流，即dV/dt或dI/dt很大;輻射天線或傳導導體。
電磁兼容標準對設備的要求有兩個方面：一個是工作時不會對外界產生不良的電磁干擾影響，另一個是不能對外界的電磁干擾過度敏感。前一個方面的要求稱為干擾發射要求，后一個方面的要求稱為敏感度要求。
電磁能量從設備內傳出或從外界傳入設備的途徑只有兩個，一個是以電磁波的形式從空間傳播，另一個是以電流的形式沿導線傳播。因此，電磁干擾發射可以分為：傳導發射和輻射發射;敏感度也可以分為傳導敏感度和輻射敏感度。

三、究竟哪些因素會對LED電源EMC產生影響

1.驅動電源的電路結構

LED電源的電路結構設計是對EMC電磁兼容性影響較大的因素之一，不同結構的驅動電源，其電磁兼容性的優劣也是不一樣的。線性電源在工作時會以發熱的形式損耗大量能量。線性電源的工作方式，使他從高壓變低壓必須有將壓裝置，一般的都是變壓器，再經過整流輸出直流電壓，不僅笨重，發熱量也非常大，優點是對外干擾小，電磁干擾小，也容易解決。現在使用比較多的LED開關電源，都是以PWM形式的LED驅動電源是讓功率晶體管工作在導通和關斷狀態。在導通時，電壓低電流大，關斷時，電壓高電流小，因此功率半導體器件上所產生的損耗也很小。缺點比較明顯的是，電磁干擾（EMI）也更嚴重。

2.開關頻率

LED電源的電磁兼容性還會受到一個因素的影響，那就是開關頻率問題。一旦出現電磁兼容故障，那么這種情況一般會發生在開關電路的電源中。而開關電路是開關電源的主要干擾源之一。

作為LED驅動電源的核心，目前所用到的電源開關電路主要由開關管和高頻變壓器組成。在工作中，它所產生的du/dt具有較大幅度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。之所以驅動電源會產生這種高頻脈沖干擾，其原因就在于開關電路的開關管負載為高頻變壓器初級線圈，是一種感性負載。在開關電源導通的瞬間，LED驅動電源內部的初級線圈產生很大的涌流，并在初級線圈的兩端出現較高的浪涌尖峰電壓；斷開瞬間，由于初級線圈的漏磁通，致使部分能量沒有從一次線圈傳輸到二次線圈，電路中形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關斷電壓上，形成關斷電壓尖峰。高頻脈沖產生更多的發射，周期性信號產生更多的發射。在LED電源系統中，開關電路產生電流尖峰信號，而當負載電流變化時也會產生電流尖峰信號。這就電磁干擾根源之一。

電源控制板

四、開關電源電磁干擾的產生機理及其傳播途徑
功率開關器件的高額開關動作是導致開關電源產生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導致了更為嚴重的EMI問題。開關電源工作時，其內部的電壓和電流波形都是在非常短的時間內上升和下降的，因此，開關電源本身是一個噪聲發生源。開關電源產生的干擾，按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。使電源產生的干擾不至于對電子系統和電網造成危害的根本辦法是削弱噪聲發生源，或者切斷電源噪聲和電子系統、電網之間的耦合途徑。現在按噪聲干擾源來分別說明：
1、二極管的反向恢復時間引起的干擾
交流輸入電壓經功率二極管整流橋變為正弦脈動電壓，經電容平滑后變為直流，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網，造成對電網的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數降低。
高頻整流回路中的整流二極管正向導通時有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉向截止時，由于PN結中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發生很大的電流變化(di/dt)。
2、開關管工作時產生的諧波干擾
功率開關管在導通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開關時,這種諧波干擾將會很小。另外,功率開關管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產生尖峰干擾。
3、交流輸入回路產生的干擾
高頻變壓器的開關電源輸入端整流管在反向恢復期間會引起高頻衰減振蕩產生干擾。開關電源產生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導干擾；而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產生電場和磁場。這種通過電磁輻射產生的干擾稱為輻射干擾。
4、其他原因
元器件的寄生參數，開關電源的原理圖設計不夠，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數的提取和近場干擾估計的難度。

保證電磁兼容性是一個綜合性的任務，需要在不同的等級上采取不同的方法和措施。通常要考慮在元件級、部件級、設備級、系統級和業務級上保證電磁兼容性的工作。在許多情況下只有采取特殊的方法才能保證電氣、電子設備或電子系統的電磁兼容性。

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