電磁兼容性設計

1、電磁兼容設計開關電源技術 1開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 2開關電源電磁兼容性設計一、系統(tǒng)對外界的電磁兼容性1、抑制尖峰干擾的措施電磁兼容設計開關電源技術 3開關電源電磁兼容性設計2、新磁芯材料電磁兼容設計開關電源技術 4開關電源電磁兼容性設計3、比較電磁兼容設計開關電源技術 5開關電源電磁兼容性設計2、抑制共模干擾電磁兼容設計開關電源技術 6開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 7開關電源電磁兼容性設計3、抑制差模干擾電磁兼容設計開關電源技術 8開關電源電磁兼容性設計4、實際解決方案共模核差模一起濾除電磁兼容設計開關電源技術 9結構示例開關電源電磁兼容性設計電磁兼

2、容設計開關電源技術 104. IGBT主電路和吸收電路的設計要求 為了使IGBT器件工作時開關過程的瞬變尖峰電壓不超過l00V，可以按下表要求設計主電路和吸收電路參數(shù)。IGBT額定電流 Ic15- 75A 0.2uF 200nH 70nH100- 200A 0.8uF 100nH 20nH300- 400A 1.6uF 50nH 10nH600-1000A 3.6uF 50nH 7nH主電路直流環(huán)節(jié)濾波電容至1GBT之間的引線電感L1吸收電路各元器件引線電感L2吸收電路電容 CS主電路和吸收電路參數(shù)推薦表開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 115. 導體形狀及布局與電感之間的關系開

3、關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 126. 直流支撐電容的連接開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 137. IGBT模塊的連接開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 14門驅電路IGBT模塊IGBT模塊吸收電路布置去支撐電容器銅空隙E1, C2 連接絕緣層直流母排 +直流母排 -為便于觀看, 這里銅排厚度有些夸張吸收元件9. IGBT模塊與吸收電路的連接開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 1510. 吸收電路模塊開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 1611. 分布電感的作用右圖為 “C”型吸收電路關斷時電壓的典型波形. V 1 =L S

4、x di/dt其中:L S = 引線電感di/dt = IGTB關斷或反并聯(lián)二極管恢復 di/dtA. 吸收回路電感的作用開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 1712. 分布電感的作用之二B. 直流母排電感的作用1/2 L B i 2 = 1/2C V 2 2其中:L B = 直流母排寄生電感量i = 工作電流C = 吸收電容量 V 2 = 吸收回路電壓幅值開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 18連接示例: 直流電容、IGBT模塊、吸收電路、驅動電路開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 19控制電路與主電路的電氣隔離1. 電磁耦合隔離; 2. 光耦隔離; 光纖

5、隔離采用光耦時, 其最小共模抑制比不小于10,000V/S開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 20驅動信號的電磁兼容性設計1.避免接地回路噪聲 開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 21驅動信號的電磁兼容性設計2.VGE的箝位 開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 22驅動信號的電磁兼容性設計3. 驅動信號線路面積的最小化 開關電源電磁兼容性設計電磁兼容設計開關電源技術 23開關電源電磁兼容性設計傳導干擾與抑制原理一. 電容性耦合 電容性耦合干擾,是指在干擾源與干擾對象之間存在著耦合的分布電容而產生,干擾量是變化的電場, 即變化的電壓du/dt. 兩對短傳輸線平

6、行放置,如圖1所示. 導線A接低頻正弦交流電壓源,未接負載電阻;導線B無屏蔽,接有負載電阻R,未接電壓源. 忽略電流所建磁場的感應電場,按電準靜態(tài)場分析. 與靜電場一樣,各導體電荷與各導體間電壓的關系可用部分電容來表示. CA0與CB0分別為導線A和導線B對地部分的電容,CAB為導線A對電線B間的部分電容.CA0CB0CABAB0(a)R1UCA0CB0CAB0(b)R1U2U圖1電磁兼容設計開關電源技術 24傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計一. 電容性耦合如圖1(a)所示,采用向量形式來表示,導線A處電壓源為 .其等效電路如圖1(b)所示. 于是可得導線A對B的干擾電壓為1U102)

7、(1UCCRjRCjUBABABR0AC式中 為角頻率. 由上式知, 與 無關.若 為低電阻值, 即 ,則R)(10ABACCR12URCjUAB電磁兼容設計開關電源技術 25傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計一. 電容性耦合若 為高電阻值, 即 ,則R)(10ABACCR102UCCCUAABAB此時電壓 與角頻率 無關2U 為耦合電容. 通過 將產生干擾,稱為電容性耦合干擾. 減少耦合電容是重要的抑制措施. 常用的措施是電線加電屏蔽,并將屏蔽體接地.ABCABC電磁兼容設計開關電源技術 26傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計若導線B為屏蔽線,并將屏蔽體接地,如圖2(a)所示.

8、由于屏蔽體已經接地,部分電容CS0被短路而不起作用,CAS與CA0并聯(lián),CBS與CB0并聯(lián). CAB僅為導線A對導線B屏蔽體以外部分之間的電容量,故耦合電容CAB顯著減少, 從而使 下降.等效電路如圖2(b)所示.2UCA0CASAB0(a)R1UCA0CBSCAB0(b)R1U2UCABCB0CASCB0圖2CBS電磁兼容設計開關電源技術 27傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計一. 電容性耦合2U 若導線A亦為屏蔽線,且屏蔽體接地, 可進一步減少耦合電容 . 達到抑制 的目的.ABC電壓 與 的關系為1U102)(1UCCCRjRCjUBSBABAB2U電磁兼容設計開關電源技術 28傳

9、導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計二. 電感性耦合兩對短傳輸線相距較近, 如圖3(a)所示.忽略位移電流,傳導電流分別沿兩個導電回路流動. 由于兩回路間互磁鏈的存在,將產生干擾電壓.分析其等效電路, 如圖3(b)所示,2212RRRIMjUABAB0(a)R21IR1RM1IAB1RR2R2U(b)圖3電磁兼容設計開關電源技術 29傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計二. 電感性耦合iI 現(xiàn)分析導線A采用屏蔽線的情況. 若屏蔽體僅一端接地,則可抑制電容性耦合,而對電感性耦合影響不大. 因為屏蔽體外同樣存在電流產生的磁場. 若屏蔽體兩端皆接地, 則屏蔽體上有感應電流 , 且 有去磁作用.

10、 如圖4(a)所示.ABM上式中, 為互感. 通過 將產生干擾,稱電感性耦合干擾.減少 是重要的抑制措施.ABMABMiIA01IR1iIR11IiIASMSR(a)(b)圖4電磁兼容設計開關電源技術 30傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計二. 電感性耦合1IRLjLjISSSi 考慮到 ,這樣可以減少短傳輸線A與B之間的互磁鏈. 根據等效電路4(b),在屏蔽體內列方程,iSSASIRLjIMj)(1ASSML 當 時,有SSRL 1IIi即 產生的磁場抵消了 產生磁場, 使屏蔽體外不存在磁場. 這樣可以達到抑制 的目的. 若將屏蔽體一端不接地而與負載連接, 如圖4(c)所示,則不管 的

11、大小, 皆能保證屏蔽體外磁場被抵消. iI1I2U電磁兼容設計開關電源技術 31傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計二. 電感性耦合 對干擾對象和干擾源進行屏蔽,也可以減少互磁鏈和耦合互感, 起到抑制干擾的作用. 當電容性耦合和電感性耦合同時存在時,應綜合考慮.A01IR1iI圖4 (c)電磁兼容設計開關電源技術 32傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計三. 電路性耦合 電路性干擾由兩個回路經公共阻抗耦合而產生,干擾量是電流i,或變化的電流di/dt. 電路性干擾的產生至少存在兩個電流回路的相互耦合,其電流全部或部分地在公共阻抗中流過. 這種情況很多. 公共電源耦合電路和公共接地阻抗耦

12、合電路是兩種常見的電路性耦合干擾情況. 模型如圖5和6所示.PZ1U電路1電路2GZ1U電路1電路22U1I2I2I1I21II21II圖5圖6電磁兼容設計開關電源技術 33傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計三. 電路性耦合 我們來分析圖6的情況. 圖7是圖6的等效電路.1I2I2U1UGZ2Z1Z 若信號量是電流,則當干擾電流通過 的那部分超過了對象的敏感門限區(qū)時,將產生干擾作用. 上的干擾電流為.圖 71Z1Z122121ZZZZZZZUIGGGS電磁兼容設計開關電源技術 34傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計三. 電路性耦合 若信號量是電壓, 則當通過 的干擾電壓(計有效電壓

13、疊加)超過了對象的敏感門限區(qū)時,也將產生干擾作用. 阻抗 上的干擾電壓降 為GZGZSGUGGSGZZZZIU112顯見, 當耦合阻抗 趨于零時,則通過 的干擾電流和 上的干擾電壓 均將消失. 此時, 在有效電流電路與干擾電流電路間即使存在電氣連接, 他們彼此也不再相互干擾. 這種情況稱為電路去耦.GZ1ZGZ電磁兼容設計開關電源技術 35傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計四. 交流電阻與直流電阻的概念1.交流電阻均勻平面波的特點:其場量隨時間變化外,只與波傳播方向的坐標有關. 若電磁波沿直角坐標制的x軸方向傳播,則常量只是t和x的函數(shù),即在x等于常數(shù)的平面上,各電的電場強度和磁場強度分

14、別相等. 解得)sin(2),(ExyyxteEtxE)sin(2),(HxyzxteEztxH)/1 (jzwhere稱為波阻抗.11221122電磁兼容設計開關電源技術 36傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計EjjEjEH)1 (HjE0HEyzx均勻平面波的電場和磁場都和傳播方向垂直.jeEjtEjEEtjymEymyIm)sin(keHktHkHHtjzmHzmzIm)sin(1.交流電阻電磁兼容設計開關電源技術 37傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計1.交流電阻2顯然,對于良導體, ,有12vvT 0在非導電介質中,波長,空間中相位差為2的兩點間距離.波速,或相速,根據前

15、面的公式知,波每行進單位長度,其電場強度和磁場強度的有效值就衰減到原來的 倍. 因此,對于良導體,電場和磁場的傳波衰減很大,特別是在鐵磁性良導體中.e電磁兼容設計開關電源技術 38傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計1.交流電阻Ec由于電流密度與電場強度成比例, 其關系式為因此,對于良導體,交流電流密度在導體內也是指數(shù)衰減的.這就是為什么交流電阻會增大的原因.令直流的電流密度為 , 則交流的電流密度為DCxDCACe電磁波在導體中的衰減特性,通常用“透入深度” d 來表示. 它定義為:當波從導體表面向導體內部傳播時,經過距離d后,其值衰減到表面值的 1/e. 這段距離d即為該導體的“透入深度”.電磁兼容設計開關電源技術 39傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計1.交流電阻(1)對于圓截面導體RDCRrRrRDCRrRDCRrRDCSACceRdrereedrreedrreSi121222d20000)(R(1)電磁兼容設計開關電源技術 40傳導干擾與抑制原理開關電源電磁兼容性設計1.交流電阻(2)對于矩形截面導體RDCRxRDCRxRDCRxRDCSACcehdxeehdxeehdxehSi12222d000)(dxh2R(2)電磁兼容設計開關電源技術 41傳