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                  開關電源適配器電磁兼容性的設計

                  發布時間:2021.11.11 16:00 瀏覽次數:84
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                  開關電源適配器電磁兼容性的設計
                  開關電源適配器是較強的電磁干擾發射源。開關電源適配器的一次整流橋,由于是非線性器件,形成電流是嚴重失真的正弦半波,含有豐富的高次諧波,所以多方面因素形成了諧波、電場、磁場、浪涌、電快速瞬變等傳導和輻射一系列連續、脈動和瞬變干擾,因此在開關電源適配器的設計中必須考慮電磁兼容性設計。
                  EMI的設計主要是研究噪聲濾波器的設計。采用開關電源濾波器能有效地抑制電網中的噪聲進入設備,也可以抑制設備產生的噪聲污染電網。噪聲的傳播方式有兩種:一種是共模噪聲;另一種是差模噪聲。共模噪聲是流入大地的電流,差模噪聲是在線與線之間流動的電路。
                  在噪聲濾波器的設計和應用中,目前以分散型濾波為多。在分散型濾波中使用的主要元件是共模電感線圈和線間電容器。
                  根據電磁騷擾的傳播途徑,開關電源適配器的電磁兼容性設計包括:完善電路設計、接地設計、濾波設計、屏蔽設計。
                  1. 完善電路設計
                  所選擇開關電源適配器電路拓撲不宜產生過高的電壓和過大的電流,以避免高電壓電場干擾和大電流磁場干擾。在滿足要求的情況下,放大器" target=_blank>放大器的頻帶應盡量窄,使其不易受干擾。適當增加緩沖電路。
                  印刷電路板設計時應注意以下幾點:
                  ① 高、中、低速邏輯電路同時應用時,高速應設計在電路板的人口處;
                  ② 信號人口加RC去耦濾波,消除長線傳輸干擾;
                  ③ 電路中的電流環路應保持最??;
                  ④ 信號線和回線應盡可能接近;
                  ⑤ 使用較大的地平面以減小地線阻抗;
                  ⑥ 電源線和地線應相互接近;
                  ⑦ 在多層電路板中,應把電源面和地平面分開;
                  ⑧ 圓弧布線,不突變;
                  ⑨ 盡量縮短連線;
                  ⑩ 模擬電路和數字電路分開,功率電路和控制電路分開。
                  2.接地設計
                  A.接地是開關電源適配器抑制電磁噪聲的重要方法。
                  接地的作用:
                  ①提高系統工作的穩定性,若不與大地相接,易受地電容的干擾;
                  ②泄放靜電感應在機箱上的靜電,避免高壓放電;
                  ③操作安全。
                  B.不考慮安全接地,僅從電路參考點的角度考慮,接地可分為懸浮地、單點接地、多點接地和混合接地。
                  ①懸浮地
                  開關電源適配器中的參考地與機殼隔離,可以避免機殼中的干擾電流直接耦合到電源電路中。當浮地系統靠近高壓時,可能堆積靜電荷,形成危害或引起靜電放電,形成干擾電流。在雷電環境下,在機箱和單元電路間產生電弧。所以開關電源中不宜采用懸浮地。
                  ②單點接地
                  單點接地分為單點串聯接地和并聯接地。單點串聯接地的優點是比較簡單,其缺點是各電路會通過接地線,相互影響。在采用這種接地方式時必須注意把最高電平電路放在最靠近接地點A處,以使B點和C點的電位升高最小。相對單點串聯接地,單點并聯接地無公共地阻抗干擾,但地線數量多,在高頻(MHz以上)時效果差。
                  ③多點接地
                  各接地點就近接地,其優點是:接線簡單,引線短。高頻阻波現象顯著減少。其缺點是:接地阻抗隨頻率升高而增大。
                  ④混合接地
                  實際情況比較復雜,很難通過一種簡單的接地方式來解決,而是常常采用單點接地和多點接地組合成混合接地。
                  濾波設計
                  濾波是消除干擾經常采用的措施。在設計和選用濾波器時應注意以下幾個問題:
                  ①明確工作頻率和所要抑制的干擾頻率,如兩者非常接近,則需要應用頻率特性非常陡峭的濾波器才能把兩種頻率分開;
                  ②保證濾波器在高壓情況下能夠可靠地工作;
                  ③濾波器連續通過最大額定電流時,其溫度要低,以保證在該額定電流連續工作時,不破壞濾波器中器件的工作性能;
                  ④為使工作時的濾波器頻率特性與設計值相符合,要求與它連接的信號源阻抗和負載阻抗的數值等于設計時的規定值;
                  ⑤濾波器必須具有屏蔽結構,屏蔽箱蓋和本體要有良好的電接觸,濾波器的電容引線應盡量短,最好選用低引線短電感的穿心電容; ⑥要有較高的工作可靠性,因為作防護電磁干擾用的濾波器,故障往往比其他元件的故障更難找。
                  安裝濾波器時應注意以下幾點
                  ①電源線路濾波器應安裝在離設備電源人口盡量靠近的地方,不要讓未經過濾波器的電源線在設備框內迂回;
                  ②濾波器中的電容器引線應盡可能短,以免因引線感抗和容抗在低頻率上諧振;
                  ③濾波器的接地導線上有很大的短路電流通過,會引起附加的電磁輻射,故應對濾波器元件本身進行良好的屏蔽和接地處理;
                  ④濾波器的輸入和輸出線不能交叉,否則會因濾波器的輸入-輸出電容耦合通路引起串擾,從而降低濾波特性,通常的辦法是輸入和輸出之間加隔板或頻蔽層。
                  屏蔽設計
                  屏蔽有兩個目的,一是限制內部輻射的電磁能量泄漏出該內部區域,二是防止外來的輻射干擾進入該內部區域。電磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽體對電磁能流的反射、吸收和引導作用,而這些作用是與屏蔽結構表面上和屏蔽體內感生的電荷、電流與極化現象密切相關的。
                  屏蔽體的設計原則
                  ①首先確定電磁環境,包括電磁場的類型、場的強度、頻率及屏蔽體至源的距離等;
                  ②確定接受機的敏感度以及對屏蔽的要求;
                  ③根據電磁屏蔽的要求及電磁場的性質,適當選擇材料的導電率、磁導率和厚度;
                  ④在確定屏蔽材料后,進行屏蔽結構的設計,對于電場屏蔽主要選擇高導率材料(如銅);對于磁場屏蔽,特別是低頻磁場屏蔽,主要選擇鐵或其他高磁導率材料。若達不到要求,在允許的條件下,可以采用增大厚度的辦法;
                  ⑤如果單層屏蔽不能滿足屏蔽要求,可用雙層以上的屏蔽,以獲得更好的屏蔽效果;
                  ⑥當屏蔽室需要透明時,可采用金屬網屏蔽,金屬網屏蔽的效能顯然比不上金屬實壁屏蔽體,所以一般不采用雙層屏蔽;
                  ⑦對于通風孔、探測器的慷慨屏蔽殼體、電纜進出口接插件等開口處均按特殊要求進行設計。

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