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ACDC和DCDC开关电源最佳EMI性能的实现(一)

来源:   发布时间:2019-04-20   点击量:65

ACDC和DCDC开关电源最佳EMI性能的实现(一)

电磁干扰(EMI)始终是开关电源(AC-DC和DC-DC转换器)的潜在问题。如今的开关电源有很好的电磁发射和抗干扰的能力。但为了满足特定的应用要求,仍要有正确的滤波电路以确保满足标准的要求。本文提供了实现AC-DC和DC-DC电源的最佳EMI性能以及如何选择外部滤波器件的指南。

高效率可能导致高噪音
工程师非常熟悉开关电源的高效率会带来小体积和重量轻的优点,但许多人也深受电噪声的困扰。然而,先进的设计会选择使用低噪声的器件和拓扑来改进噪声,例如谐振拓扑。“频率抖动”之类的技术也有助于降低测量带宽中的电磁辐射。开关电源中的噪声于半导体的快速切换,通常想获得高效率,开关波形上升和下降的时间是以纳秒为单位的,高的dV/dt和di/dt电平不能完全被开关电源所抑制,就有可能在输入或输出线上呈现出传导的电压或电流尖峰噪声。根据傅里叶分析,一般开关波形的电磁辐射分析如图1所示,随着上升/下降时间Tr, Tf减小,辐射带宽也随之增加,而增加的幅度则受到Ton/Tp [1]波形占空的影响。

开关电源的传导噪声有差分模式(DM)和共模(CM)两种类型,它们通常在某种程度上同时存在。DM噪声为电力线回路之间测得的电压。CM噪声为电源线和系统接地之间测得,通常为定义阻抗的电压。这是因为功率转换器通常是高频CM噪声的电流源。

开关电源的示波器或分析仪可以轻松测量DM噪声,但CM噪声需要使用标准终端网络,如线路阻抗稳定网络(LISN)。这包括所需的定义终端阻抗和滤波以隔离来自上游电源的任何影响。LISN由CISPR标准定义,IT设备通常由CISPR 22规范,专门测量AC-DC转换器噪声但也用于DC-DC转换器。LISN输出是DM和CM噪声的加权组合,因此即使没有CM噪声也可以检测到一半幅度的DM噪声。这意味着必须衰减DM和CM噪声才能满足CISPR 22及EN 55022标准。

DC-DC转换器输入滤波器
DC-DC转换器的系统一定会有噪声,虽然没有一个专门的标准限制,但是整体上必须符合EMC的规定。板载DC-DC制造商在产品中至少包含一个并联输入电容,因此噪声通常都在可以接受的范围之内。开关电源在应用中如果需要更低标准的干扰电平,制造商通常会建议在外部添加一个L-C滤波器以降低DM噪声

有人可能会想干脆使用较大的L和C值,认为这样可以将噪声降到最低,但这可能适得其反,因为开关电源大的电感量可能带来比较大的直流电阻,造成较大的压降和铜损,且大电感的磁饱和也是一个比较突出的问题。较大的L和C值自谐振的频率点较低,进而导致DC-DC输入有振铃和过电压的可能性,甚至有可能让噪声频谱更差。
热门标签:开关电源
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