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开关电源EMI的特点4166.com

2019-11-03 10:35

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作为工作于开关状态的能量转换装置,开关电源的电压、电流变化率很高,产生的干扰强度较大;干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器,相对于数字电路干扰源的位置较为清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫兹),主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。EMI测试技术目前诊断差模共模干扰的三种方法:射频电流探头、差模抑制网络、噪声分离网络。用射频电流探头是测量差模 共模干扰最简单的方法,但测量结果与标准限值比较要经过较复杂的换算。差模抑制网络结构比较简单,测量结果可直接与标准限值比较,但只能测量共模干扰。噪声分离网络是最理想的方法,但其关键部件变压器的制造要求很高。目前抑制干扰的几种措施形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而,抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道,它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如,功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗,为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘,这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容,开关电源的底板是交流电源的地线,因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰,解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射,电磁干扰对其他电子设备的影响,可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体,就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。例如,静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地,但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应,所以仍以接地为好,这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连,可为信号回路提供稳定的参考电位。因此,系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后,最终都与大地相连。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声,实际上很难实现“一点接地”。因此,为降低接地阻抗,消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地,利用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地,需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中,应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参考点上。滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如,在电源输入端接上滤波器,可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰,也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中,还采用很多专用的滤波元件,如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环,它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器,并正确地安装和使用滤波器,是抗干扰技术的重要组成部分。

现场使用的数显表由于环境条件复杂。加之被测参数大多被转换成微弱的低电平电压信号,并经长距离传送到数显表,因此除有用的信号外,还会有些与被测信号无关的干扰信号夹杂其中,它将影响数显表测量结果的正确性,严重时会使仪表无法正常工作。对数显表产生干扰的途径及消除干扰的措施作介绍。

数显表产生干扰的途径

干扰源在仪表内、外部都有可能存在。如在数显表外部,大功率用电设备、大功率变压器、电力网都可能成为干扰源。而在数显表内部,电源变压器、线圈、继电器、开关以及电源线等都可能成为干扰源。干扰源常通过以下途径进入数显表:

1、信号源与仪表之间的连接导线、仪表内部的配线通过磁耦合在电路中形成干扰。在大功率变压器、交流电机、电力线的周围空间都存在有很强的交流磁场,而闭合回路处在这种变化的磁场中将感应出电势。这种感应电势与有用信号相串联,当传感器与数显表距离较远时,这种串模干扰尤为突出。

2、干扰源通过电容的耦合在回路中形成干扰,它是两电场相互作用的结果。通过静电耦合的方式,能在两输入端感应出对地的共同电压,以共模干扰的形式出现,由于共模干扰不和信号相叠加,它不直接对仪表产生影响。但它能通过测量系统形成到地的泄漏电流,该泄漏电流通过电阻的耦合就能直接作用于仪表而产生干扰。

电磁感应、静电感应所形成的干扰大多是工频干扰电压,但变频器、带整流子的电机等会产生谐波干扰。由于雷电的作用在电力线上也会感应出干扰电压。

3、在一些测温场合,当将热电偶电极直接焊于通电加热的金属件上,由于金属件在平行于电流方向的各点存在电位差,这时引入的干扰电压也是很大的。在高温状态下,耐火材料的绝缘电阻急剧下降,热电偶的瓷保护管、瓷珠的绝缘性能也会下降,则电炉电源电压通过耐火砖、热电偶套管、瓷珠等泄漏到热电偶丝上,在热电偶电极与地之间产生干扰电压。

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