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总结3D打印机电源、工控设备电源等开关电源EMI设计经验

来源:   发布时间:2019-06-11   点击量:42

总结3D打印机电源工控设备电源等开关电源EMI设计经验

要想了解3D打印机电源、工控设备电源等开关电源EMI,就要了解一下开关电源的EMI源,那么就来说说开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。

先来一一说说(1)功率开关管:功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态,dv/dt和di/dt都在急剧变换,因此,功率开关管既是电场耦合的主要干扰源,也是磁场耦合的主要干扰源。

(2)高频变压器:高频变压器的EMI集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换,因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。
(3)整流二极管:整流二极管的EMI集中体现在反向恢复特性上,反向恢复电流的断续点会在电感(引线电感、杂散电感等)产生高 dv/dt,从而导致强电磁干扰。
(4)PCB:准确的说,PCB是上述干扰源的耦合通道,PCB的优劣,直接对应着对上 述EMI源抑制的好坏。
再来说说3D打印机电源、工控设备电源等开关电源EMI传输通道分类
(一) 传导干扰的传输通道:(1)容性耦合 (2)感性耦合 
(3)电阻耦合 a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合 b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合 
c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合
(二) 辐射干扰的传输通道
(1)在3D打印机电源、工控设备电源等开关电源中,能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线,从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析;二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子,电感线圈可以假设为磁偶极子;
(2)没有屏蔽体时,电偶极子、磁偶极子,产生的电磁波传输通道为空气(可以假设为自由空间);(3)有屏蔽体时,考虑屏蔽体的缝隙和孔洞,按照泄漏场的数学模型进行分析处理。
3、3D打印机电源、工控设备电源等开关电源EMI抑制的9大措施
3D打印机电源、工控设备电源等开关电源中,电压和电流的突变,即高dv/dt和di/dt,是其EMI产生的主要原因。实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点:
(1)尽量减小电源本身所产生的干扰源,利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路,并进行合理布局;
(2)通过接地、滤波、屏蔽 等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS。
分开来讲,9大措施分别是:(1)减小dv/dt和di/dt(降 低其峰值、减缓其斜率)
(2)压敏电阻的合理应用,以降低浪涌电压(3)阻尼网络抑制过冲(4)采用软恢复特 性的二极管,以降低高频段EMI(5)有源功率因数校正,以及其他谐波校正技术(6)采用合理设计的电源线滤波器(7)合理的接地处理(8)有效的屏蔽措施(9)合理的PCB设计 
4、高频变压器漏感的控制
高频变压器的漏感是功率开关管关断尖峰电压产生的重要原因之一,因此,控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。减小高频变压器漏感两个切入点:电气设计、工艺设计!
(1)选择合适磁芯,降低漏感。漏感与原边匝数平方成正比,减小匝数会显著降低漏感。
(2)减小绕组间的绝缘层。现在有一种称之为“黄金薄膜”的绝缘层,厚度20~100um,脉冲击穿电压可达几千伏。(3)增加绕组间耦合度,减小漏感。

5、高频变压器的屏蔽
为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰,可采用屏 蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带一般由铜箔制作,绕在变压器外部一周,并进行接地,屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环,从而抑制漏磁场更大范围的泄漏。
高频变压器,磁心之间和绕组之间会发生相对位移,从而导致高频变压器在工作中产生噪声(啸叫、振动)。为防止该噪声,需要对变 压器采取加固措施:
(1)用环氧树脂将磁心(例如EE、EI磁心)的三个接触面进行粘接,抑制相对位移的产生;(2)用“玻璃珠”(Glass beads)胶合剂粘结磁心,效果更好。


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