功率电感:如何做好电源电子设备的 电磁兼容性设计的基本原理 首先是接地。接地目的包括:保证电路系统能稳定地干作;防止外界电磁场的干扰;保证安全工作。其次是屏蔽。屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的隔离,以控制电场、磁场和电磁波由一个
DC/DC变换器的主要干扰源有高频变压器、功率开关管及整流二极管,为此逐一地采取措施。
① 高频模压电感公司变压器
在开关电源中,功率电感变压器在电路中起到电压变换、隔离及能量转化作用,其工作在高频状态,初、次级将产生噪声并形成电磁干扰EMI。当开关管关断时,高频变压器漏感会产生反电动势E=-Ldi/dt,其值与集电极的电流变化率(di/dt)成正比,与漏感量成正比,叠加在关断电压上,形成关断电压尖峰,从而形成传导性电磁干扰。此外,变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通道,从而使变压器周围产生的电磁波更容易在其他引线上耦合形成噪声。
高频变压器是作为开关电源最主要的组成部分。开关电源中的拓扑结构有很多。比如半桥式功率转换电路,工作时两个开关三极管轮流导通来产生100kHz的高频脉冲波,然后通过高频变压器进行变压,输出交流电,高频变压器各个绕组线圈的匝数比例则决定了输出电压的多少。典型的半桥式变压电路中最为显眼的是三只高频变压器:主变压器、驱动变压器和辅助变压器(待机变压器),每种变压器在国家规定中都有各自的衡量标准,因此,在设计中采取了以下措施。
为减小变压器漏感的影响,采用初、次级交叉绕制的方法,并使其紧密耦合。
尽可能采用罐型磁芯。由于罐型磁芯可以把所有的线圈绕组封在磁芯里面,因此具有良好的自我屏蔽作用,可以有效地减少EMI。
图2 输入输出滤波电路
为吸收上升沿和下降沿产生的过冲,并有可能造成的自激振荡,在初、次级电路中增加R、C吸收网络,以减少尖峰干扰。在调试时须仔细调整R、C的参数,确保电阻R1的值在30~200Ω,电容C1的值在100~1000P之间,以免影响变压器的效率。
② 功率开关管
由于功率管工作于高频通断开关状态,将产生电磁干扰EMI。当开关管流过大的脉冲电流时,大体上形成了矩形波,含有许多高频成分。凡有短路电流的导线及这种脉冲电流流经的变压器和功率电感产生的电磁场都可形成噪声源。开关管的负载是高频变压器,在开关管导通的瞬间,变压器初级出现很大的涌流,造成尖峰噪声。这个尖峰噪声实际上是尖脉冲,轻者造成干扰,重者有可能击穿开关管。因此,须采取以下措施。
优化插件电感器生产厂家功率管的驱动电路设计。通过缓冲电路,可以延缓功率开关管的通断过程。
采用R、C吸收电路,从而在维持电路性能不变电感制作的同时,降低其电磁干扰的EMI电平。
③ 整流二极管
整流二极管一般为平面型硅二极管,用于各种电源整流电路中。选用整流二极管时,主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截止频率及反向恢复时间等参数。普通串联稳压电源电路中使用的整流二极管,对截止频率的反向恢复时间要求不高,只要根据电路的要求选择最大整流电流和最大反向工作电流符合要求的整流二极管即可。
开关稳压电源的整流电路及脉冲整流电路中使用的整流二极管,应选用工作频率较高、反向恢复时间较短的整流二极管(例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等)或选择快恢复二极管。
整流二极管在关断期,由于反向恢复时间会引起尖峰干扰。为减少这种电磁干扰,必须选用具有软恢复特性的、反向恢复电流小的、反向恢复时间短的二极管。肖特基势垒二极管是多数载流子导流,不存在少子的存储与复合效应,因而也就会产生很小的电压尖峰干扰,故采取以下措施。
● 采用R1、C1组成旁路吸收网络。
● 采用多个肖特基并联分担负载电流,有效地抑制整流二极管形成的EMI电平。
图3 初级吸收网络