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工控设备电源等开关电源电磁干扰的解决方法概述(一)

来源:   发布时间:2019-06-13   点击量:188

工控设备电源等开关电源电磁干扰的解决方法概述(一)

先给大家介绍一下,开关电源(英文:Switching Mode Power Supply),又称交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置。其功能是将一个位准的电压,透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源是利用现代电力电子技术,控制开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出电压的一种电源,开关电源一般由脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET构成。

工控设备电源等开关电源电磁干扰的解决:
开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。根据分析的电磁干扰源, 结合它们的耦合途径, 可以从EMI 滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰, 把电磁干扰衰减到允许限度之内。

一、工控设备电源等开关电源的交流输入EMI 滤波器
工控设备电源等开关电源的滤波是一种抑制传导干扰的方法, 在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害, 也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元, 在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。工控设备电源等开关电源的进线端通常采用EMI 滤波器电路。该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。在工控设备电源等开关电源的电路中, 跨接在工控设备电源等开关电源两端的差模电容Cx1、Cx2 ( 亦称X 电容) 用于滤除差模干扰信号, 一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器, 电容值通常取0.1~ 0. 47F。而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2 ( 亦称Y 电容) 则用来短路共模噪声电流, 取值范围通常为C1=C2 # 2 200 pF。抑制电感L1、L2 通常取100~ 130H, 共模扼流圈L 是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成, 通常要求其电感量L#15~ 25 mH。

当负载电流渡过共模扼流圈时, 串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反, 它们在磁芯中相互抵消。因此, 即使在大负载电流的情况下, 磁芯也不会饱和。而对于共模干扰电流, 两个线圈产生的磁场是同方向的, 会呈现较大电感, 从而起到衰减共模干扰信号的作用。

二、工控设备电源等开关电源的利用吸收电路
工控设备电源等开关电源的产生EMI 的主要原因是电压和电流的急剧变化, 因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率( du/ dt 和di/ dt ) 。采取吸收电路能够抑制EMI, 其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路, 吸收积蓄在寄生分布参数中的能量, 从而抑制干扰的发生。可以在开关管两端并联的RC 吸收电路, 开关管或二极管在开通和关断过程中, 管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压, 可以通过缓冲的方法予以克服。缓冲吸收电路可以减少尖峰电压的幅度和减少电压波形的变化率, 这对于半导体器件使用的安全性非常有好处。

与此同时, 缓冲吸收电路还降低了射频辐射的频谱成份, 有益于降低射频辐射的能量。箝位电路主要用来防止半导体器件和电容器被击穿的危险。兼顾箝位电路保护作用和开关电源的效率要求,TVS 管的击穿电压选择为初级绕组感应电压的1. 5倍。当TVS 上的电压超过一定幅度时, 器件迅速导通, 从而将浪涌能量泄放掉, 并将浪涌电压的幅值限制在一定的幅度。在开关管漏极和输出二极管的正极引线上可串联带可饱和磁芯线圈或微晶磁珠, 材质一般为钴, 当通过正常电流时磁芯饱和, 电感量非常小。一旦电流要反向流过时, 它将产生非常大的反电势, 这样就能有效地抑制二极管的反向浪涌电流。

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