電磁兼容學(xué)是一門(mén)綜合性學(xué)科,它涉及的理論包括數學(xué)、電磁場(chǎng)理論、天線(xiàn)與電波傳播、電路理論、信號分析、通訊理論、材料科學(xué)、生物醫學(xué)等。
進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設計時(shí),首先進(jìn)行一個(gè)系統設計,明確以下幾點(diǎn):
明確系統要滿(mǎn)足的電磁兼容標準;
2. 確定系統內的關(guān)鍵電路部分,包括強干擾源電路、高度敏感電路;
3. 明確電源設備工作環(huán)境中的電磁干擾源及敏感設備;
4. 確定對電源設備所要采取的電磁兼容性措施?! ?/span>
DC/DC變換器內部噪聲干擾源分析
二極管的反向恢復引起噪聲干擾
在開(kāi)關(guān)電源中常使用工頻整流二極管、高頻整流二極管、續流二極管等,由于這些二極管都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),如圖所示,在二極管由阻斷狀態(tài)到導通工作過(guò)程中,將產(chǎn)生一個(gè)很高的電壓尖峰VFP;在二極管由導通狀態(tài)到阻斷工作過(guò)程中,存在一個(gè)反向恢復時(shí)間trr,在反向恢復過(guò)程中,由于二極管封裝電感及引線(xiàn)電感的存在,將產(chǎn)生一個(gè)反向電壓尖峰VRP,由于少子的存儲與復合效應,會(huì )產(chǎn)生瞬變的反向恢復電流IRP,這種快速的電流、電壓突變是電磁干擾產(chǎn)生的根源。二極管反向恢復時(shí)電流電壓波形 二極管正向導通電流電壓波形。
開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生電磁干擾二極管反向恢復時(shí)電流電壓波形二極管正向導通電流電壓波形在正激式、推挽式、橋式變換器中,流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流波形在阻性負載時(shí)近似矩形波,含有豐富的高頻成分,這些高頻諧波會(huì )產(chǎn)生很強的電磁干擾,在反激變換器中,流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流波形在阻性負載時(shí)近似三角波,高次諧波成分相對較少。開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通時(shí),由于開(kāi)關(guān)時(shí)間很短以及逆變回路中引線(xiàn)電感的存在,將產(chǎn)生很大的dV/dt突變和很高的尖峰電壓,在開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷時(shí),由于關(guān)斷時(shí)間很短,將產(chǎn)生很大的di/dt突變和很高的電流尖峰,這些電流、電壓突變將產(chǎn)生很強的電磁干擾?! ?/span>
3.電感、變壓器等磁性元件引起的電磁干擾:在開(kāi)關(guān)電源中存在輸入濾波電感、功率變壓器、隔離變壓器、輸出濾波電感等磁性元件,隔離變壓器初次級之間存在寄生電容,高頻干擾信號通過(guò)寄生電容耦合到次邊;功率變壓器由于繞制工藝等原因,原次邊耦合不理想而存在漏感,漏電感將產(chǎn)生電磁輻射干擾,另外功率變壓器線(xiàn)圈繞組流過(guò)高頻脈沖電流,在周?chē)纬筛哳l電磁場(chǎng);電感線(xiàn)圈中流過(guò)脈動(dòng)電流會(huì )產(chǎn)生電磁場(chǎng)輻射,而且在負載突切時(shí),會(huì )形成電壓尖峰,同時(shí)當它工作在飽和狀態(tài)時(shí),將會(huì )產(chǎn)生電流突變,這些都會(huì )引起電磁干擾。
4.控制電路中周期性的高頻脈沖信號如振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號等將產(chǎn)生高頻高次諧波,對周?chē)娐樊a(chǎn)生電磁干擾?! ?/span>
5.此外電路中還會(huì )有地環(huán)路干擾、公共阻抗耦合干擾,以及控制電源噪聲干擾等?! ?/span>
6.開(kāi)關(guān)電源中的布線(xiàn)設計非常重要,不合理布線(xiàn)將使電磁干擾通過(guò)線(xiàn)線(xiàn)之間的耦合電容和分布互感串擾或輻射到鄰近導線(xiàn)上,從而影響其它電路的正常工作?! ?/span>
7.熱輻射產(chǎn)生的電磁干擾,熱輻射是以電磁波的形式進(jìn)行熱交換,這種電磁干擾影響其它電子元器件或電路的正常穩定工作?! ?/span>
二、外界的電磁干擾
對于某一電子設備,外界對其產(chǎn)生影響的電磁干擾包括:電網(wǎng)中的諧波干擾、雷電、太陽(yáng)噪聲、靜電放電,以及周?chē)母哳l發(fā)射設備引起的干擾?! ?/span>
三、電磁干擾的后果
電磁干擾將造成傳輸信號畸變,影響設備的正常工作。對于雷電、靜電放電等高能量的電磁干擾,嚴重時(shí)會(huì )損壞設備。而對于某些設備,電磁輻射會(huì )引起重要信息的泄漏?! ?/span>
四、開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容設計
了解了開(kāi)關(guān)電源內部及外部電磁干擾源后,我們還應知道,形成電磁干擾機理的三要素是還有傳播途徑和受擾設備。因此開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容設計主要從以下三個(gè)方面入手:
減小干擾源的電磁干擾能量;
切斷干擾傳播途徑;
提高受擾設備的抗干擾能力?! ?/span>