電氣開關(guān)電源發(fā)展與應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-07-19 02:04 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 60。 電磁騷擾的抑制 對(duì)開關(guān)電源的EMD的抑制措施，主要是 1）減小騷擾源的騷擾強(qiáng)度； 2）切斷騷擾傳播途徑。 為了達(dá)到這個(gè)目的，主要從選擇合適的開關(guān)電源電路拓?fù)?；采用正確的接地、屏蔽、濾波措施；設(shè)計(jì)合理的元器件布局及印制板布線等幾個(gè)方面考慮。 減小開關(guān)電源本身的騷擾 減小開關(guān)電源本身的騷擾是抑制開關(guān)電源騷擾的根本，是使開關(guān)電源電磁騷擾低于規(guī)定極限值的有效方法。 1）減小功率管通、斷過(guò)程中產(chǎn)生的騷擾 上面分析表明，開關(guān)電源的主要騷擾是來(lái)自功率開關(guān)管通、斷的dv/dt。因此減小功率開關(guān)管通、斷的dv/dt是減小開關(guān)電源騷擾的重要方面。人們通常認(rèn)為軟開關(guān)技術(shù)可以減小開關(guān)管通、斷的dv/dt。但是，目前的一些研究結(jié)果表明軟開關(guān)并不像人們預(yù)料的那樣，可以明顯地減小開關(guān)電源的騷擾。沒(méi)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軟開關(guān)變換器在EMC性能方面明顯地優(yōu)于硬開關(guān)變換器。 有文獻(xiàn)系統(tǒng)地研究了PWM反激式變換器、準(zhǔn)諧振零電流變頻開關(guān)正激變換器、多諧振零電壓變頻開關(guān)反激式變換器、多揩振零電壓變頻開關(guān)正激變換器、電壓箝位多諧振零電壓定頻開關(guān)反激式變換器以及半橋式零電壓變頻串聯(lián)諧振變換器的EMD特性，討論了緩沖電路、箝位電路、變頻與定頻控制對(duì)騷擾水平的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有電壓箝位的零電壓定頻開關(guān)變換器的EMD電平最低。 因此，采用軟開關(guān)電源技術(shù)，結(jié)合合理的元器件布置及合理的印制電路板布線，對(duì)開關(guān)電源的EMD水平有一定的改善。 2）開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù) 將頻率不變的調(diào)制改變?yōu)殡S機(jī)調(diào)制，變頻調(diào)制等。頻率固定不變的調(diào)制脈沖產(chǎn)生的騷擾在低頻段主要是調(diào)制頻率的諧波騷擾，低頻段的騷擾主要集中在各諧波點(diǎn)上。[3]，其基本思想是通過(guò)調(diào)制開關(guān)頻率fc的方法，把集中在開關(guān)頻率fc及其諧波2fc，3fc……上的能量分散到它們周圍的頻帶上，由此降低各個(gè)頻點(diǎn)上的EMD幅值，以達(dá)到低于EMD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。這種開關(guān)調(diào)頻PWM的方法雖然不能降低總的騷擾能量，但它把能量分散到頻點(diǎn)的基帶上，以達(dá)到各個(gè)頻點(diǎn)都不超過(guò)EMD規(guī)定的限值。 接地 “接地”有設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)接地和設(shè)備接大地，兩者概念不同，目的也不同?！暗亍钡慕?jīng)典定義是“作為電路或系統(tǒng)基準(zhǔn)的等電位點(diǎn)或平面”。 設(shè)備的信號(hào)接地 設(shè)備的信號(hào)接地，可能是以設(shè)備中的一點(diǎn)或一塊金屬來(lái)作為信號(hào)的接地參考點(diǎn)，它為設(shè)備中的所有信號(hào)提供了一個(gè)公共參考電位。 在這里介紹浮地和混合接地，另外，還有單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。 1）浮地 采用浮地的目的是將電路或設(shè)備與公共接地系統(tǒng)，或可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離開來(lái)。浮地還可以使不同電位間的電路配合變得容易。實(shí)現(xiàn)電路或設(shè)備浮地的方法有變壓器隔離和光電隔離。浮地的最大優(yōu)點(diǎn)是抗騷擾性能好。 浮地的缺點(diǎn)是由于設(shè)備不與公共地相連，容易在兩者間造成靜電積累，當(dāng)電荷積累到一定程度后，在設(shè)備地與公共地之間的電位差可能引起劇烈的靜電放電，而成為破環(huán)性很強(qiáng)的騷擾源。 一個(gè)折衷方案是在浮地與公共地之間跨接一個(gè)阻值很大的泄放電阻，用以釋放所積累的電荷。注意控制釋放電阻的阻抗，太低的電阻會(huì)影響設(shè)備泄漏電流的合格性。 2）混合接地 混合接地使接地系統(tǒng)在低頻和高頻時(shí)呈現(xiàn)不同的特性，這在寬帶敏感電路中是必要的。電容對(duì)低頻和直流有較高的阻抗，因此能夠避免兩模塊之間的地環(huán)路形成。當(dāng)將直流地和射頻地分開時(shí)，將每個(gè)子系統(tǒng)的直流地通過(guò)10～100nF的電容器接到射頻地上，這兩種地應(yīng)在一點(diǎn)有低阻抗連接起來(lái)，連接點(diǎn)應(yīng)選在最高翻轉(zhuǎn)速度（di/dt）信號(hào)存在的點(diǎn)。 設(shè)備接大地 在工程實(shí)踐中，除認(rèn)真考慮設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)接地外，通常還將設(shè)備的信號(hào)地，機(jī)殼與大地連在一起，以大地作為設(shè)備的接地參考點(diǎn)。設(shè)備接大地的目的是 1）保證設(shè)備操作人員人身的安全。 2）泄放機(jī)箱上所積累的電荷，避免電荷積累使機(jī)箱電位升高，造成電路工作的不穩(wěn)定。 3）避免設(shè)備在外界電磁環(huán)境的作用下使設(shè)備對(duì)大地的電位發(fā)生變化，造成設(shè)備工作的不穩(wěn)定。 由此可見，設(shè)備接大地除了是對(duì)人員安全、設(shè)備安全的考慮外，也是抑制騷擾發(fā)生的重要手段。 屏蔽 抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的騷擾輻射的有效方法是屏蔽，即用電導(dǎo)率良好的材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽，用磁導(dǎo)率高的材料對(duì)磁場(chǎng)屏蔽。為了防止脈沖變壓器的磁場(chǎng)泄露，可利用閉合環(huán)形成磁屏蔽，另外，還要對(duì)整個(gè)開關(guān)電源進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽。屏蔽應(yīng)考慮散熱和通風(fēng)問(wèn)題，屏蔽外殼上的通風(fēng)孔最好為圓形多孔，在滿足通風(fēng)的條件下，孔的數(shù)量可以多，每個(gè)孔的尺寸要盡可能小。接縫處要焊接，以保證電磁的連續(xù)性，如果采用螺釘固定，注意螺釘間距要短。屏蔽外殼的引入、引出線處要采取濾波措施，否則，這些會(huì)成為騷擾發(fā)射天線，嚴(yán)重降低屏蔽外殼的屏蔽效果。若用電場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼一定要接地，否則，將起不到屏蔽效果；若用磁場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼則不需接地。對(duì)非嵌入的外置式開關(guān)電源的外殼一定要進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽，否則，很難通過(guò)輻射騷擾測(cè)試。 濾波 電源濾波器安裝在電源線與電子設(shè)備之間，用于抑制電源線引出的傳導(dǎo)騷擾，又可以降低從電網(wǎng)引入的傳導(dǎo)騷擾。對(duì)提高設(shè)備的可靠性有重要的作用。 開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁騷擾以傳導(dǎo)騷擾為主，而傳導(dǎo)騷擾又分差模騷擾和共模干擾兩種。通常共模騷擾要比差模騷擾產(chǎn)生更大的輻射型EMD。目前抑制傳導(dǎo)EMD最有效的方法是利用無(wú)源濾波技術(shù)。 作為一種雙端口網(wǎng)絡(luò)EMD濾波器，它對(duì)騷擾的抑制性能不僅取決于濾波器本身的拓?fù)?，而且在很大程度上也受EMD濾波器輸入、輸出阻抗值的影響。由于EMD濾波器阻抗和負(fù)載阻抗的可變動(dòng)性以及它們可能直接與電網(wǎng)相連的特點(diǎn)，電源EMD濾波器的輸入、輸出阻抗不但不匹配而且常常是末知的。這就造成了EMD濾波器設(shè)計(jì)不能完全應(yīng)用成熟的通信用濾波器的設(shè)計(jì)方法和理論。這是電源波波器設(shè)計(jì)面臨的主要問(wèn)題。元器件布局及印制電路板布線 開關(guān)電源的輻射騷擾與電流通路中的電流大小，通路的環(huán)路面積，以及電流頻率的平方等三者的乘積成正比，即輻射騷擾E∝IAf2。運(yùn)用這一關(guān)系的前提是通路尺寸遠(yuǎn)小于頻率的波長(zhǎng)。 上述關(guān)系式表明減小通路面積是減小輻射騷擾的關(guān)鍵，這是說(shuō)開關(guān)電源的元器件要彼此緊密排列。在初級(jí)電路中，要求輸入端電容、晶體管和變壓器彼此靠近，且布線緊湊；在次級(jí)電路中，要求二極管、變壓器和輸出端電容彼此貼近。 在印制板上，將正負(fù)載流導(dǎo)線分別布在印制板的兩面，并設(shè)法使兩個(gè)載流導(dǎo)體彼此間保持平行，因?yàn)槠叫芯o靠的正負(fù)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)是趨向于相互抵消的。 布線間的電磁耦合是通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行的，因此在布線時(shí)，應(yīng)注意對(duì)電場(chǎng)與磁場(chǎng)耦合的抑制。對(duì)電場(chǎng)的抑制方法有 1）盡量增大線間距離，使電容耦合為最??； 2）采用靜電屏蔽，屏蔽層要接地； 3）降低敏感線路的輸入阻抗。 對(duì)磁場(chǎng)的抑制方法有 1）減小騷擾源和敏感電路的環(huán)路面積； 2）增大線間距離，使耦合騷擾源與敏感電路間的互感盡可能地小； 3）最好使騷擾源與敏感電路呈直角布線，以便大大降低線路間耦合。 4 結(jié)語(yǔ) 開關(guān)電源電磁兼容設(shè)計(jì)的目的是使產(chǎn)品在一定的電磁環(huán)境下正常工作，也就是說(shuō)，電源產(chǎn)品應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗擾度極限值要求，在受到一定的電磁騷擾時(shí)，無(wú)性能的下降或故障；同時(shí)，電源產(chǎn)品滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁極限值
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