针对高频开关电源电磁骚扰的电磁兼容设计
(1)开关电源入口加电源滤波器,抑制开关电源所产生的高次谐波。
(2)输入输出电源线上加铁氧体磁环,一方面抑制电源线内的高频共模,另一方面减小通过电源线辐射的骚扰能量。
(3)电源线尽可能靠近地线,以减小差模辐射的环路面积;把输入交流电源线和输出直流电源线分开走线,减小输入输出间的电磁耦合;信号线远离电源线,靠近地线走线,并且走线不要过长,以减小回路的环面积;PCB板上的线条宽度不能突变,拐角采用圆弧过渡,尽量不采用直角或尖角。
(4)对芯片和 MOS 开关管安装去耦电容,其位置尽可能地靠近并联在器件的电源和接地管脚。
(5)由于接地导线存在 Ldi/dt,PCB 板和机壳间接地采用铜柱连接,对不适合用铜柱连接的采用较粗的导线,并就近接地。
(6)在开关管以及输出整流二极管两端加 RC 吸收电路,吸收浪涌电压。
由图 1 可以看出,本开关电源存在辐射骚扰超标的现象,为了抑制电磁骚扰而使用铁氧体元件,价格便宜,效果明显。
铁氧体元件等效电路是电感 L 和电阻 R 组成的串联电路,L 和 R 都是频率的函数。
低频时,R 很小,L 起主要作用,电磁骚扰被反射而受到抑制;高频时,R 增大,电磁骚扰被吸收并转换成热能,使高频骚扰大大衰减。
不同的铁氧体抑制元件,有不同的最佳抑制频率范围。总之,选择和安装铁氧体元件可参照如下几条:
(1)铁氧体的体积越大,抑制效果越好;
(2)在体积一定时,长而细的形状比短而粗的抑制效果好;
(3)内径越小抑制效果也越好;
(4)横截面越大,越不易饱和;
(5)磁导率越高,抑制的频率就越低;
(6)铁氧体抑制元件应当安装在靠近骚扰源的地方;
(7)在输入、输出导线上安装时,应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。
根据上面对高频开关电源骚扰源和铁氧体元件的分析,决定在靠近骚扰源的地方套磁珠与磁环。经过处理后重新测试,大部分频段的辐射骚扰已被抑制到标准要求以下,但在频率 81、138、165kHz 附近处仍然超标。
根据对开关电源电磁骚扰源的分析可知,在图 1b 电路中高频变压器 T1 也是一个骚扰源。为了阻止高频变压器产生的骚扰信号以辐射方式发射,把变压器的外壳用屏蔽材料铜箔环绕一圈构成一回路加以屏蔽,以切断变压器通过空间耦合形成的辐射骚扰传播途径。
并且为了减少因变压器一次侧开通时电流瞬间突变产生的 di/dt 骚扰,在变压器 T1 的一次侧串进 1 个电感,以减小器件的开通损耗,降低辐射骚扰信号。
经过整改后,辐射骚扰大大下降,再次对本电源辐射骚扰进行测试,完全达到了标准要求。
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