大功率開(kāi)關(guān)電源的EMC測(cè)試分析及正確選擇EMI濾波器

1、大功率開(kāi)關(guān)電源的EMC測(cè)試分析及正確選擇EMI濾波器    中心議題：    · 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)理    · EMI濾波器的正確選擇    · 開(kāi)關(guān)電源電磁干擾解決辦法解決方案：    · 正確選擇EMI濾波器    · 進(jìn)線電抗器+EMI濾波器開(kāi)關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各

2、個(gè)領(lǐng)域。由于開(kāi)關(guān)電源固有的特點(diǎn)，自身產(chǎn)生的各種噪聲卻形成一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源。所產(chǎn)生的干擾隨著輸出功率的增大而明顯地增強(qiáng)，使整個(gè)電網(wǎng)的諧波污染狀況愈加嚴(yán)重。對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成了潛在的威脅，因此解決開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾是減小電網(wǎng)污染的必要手段，本文對(duì)一臺(tái)15kW開(kāi)關(guān)電源的EMC測(cè)試，分析其測(cè)試結(jié)果，并介紹如何合理地正確選擇EMI濾波器，以達(dá)到理想的抑制效果。1 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)理圖1為所測(cè)的15kW開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)騷擾值，由圖中可以看出在0、1515MHz大范圍超差。這是因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾噪聲所為。開(kāi)關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾噪聲分為差模噪聲和共模噪聲。圖1未加任何抑制措施所測(cè)得的傳導(dǎo)騷

3、擾1.1共模噪聲共模噪聲是由共模電流，IcM所產(chǎn)生，其特征是以相同幅度、相同相位往返于任一電源線（L、N）與地線之間的噪聲電流所產(chǎn)生。圖2為典型的開(kāi)關(guān)電源共模噪聲發(fā)射路徑的電原理圖。圖2 共模噪聲電原理圖由于開(kāi)關(guān)電源的頻率較高，在開(kāi)關(guān)變壓器原、副邊及開(kāi)關(guān)管外殼及其散熱器（如接地）之間存在分布電容。當(dāng)開(kāi)關(guān)管由導(dǎo)通切換到關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)變壓器分布電容（漏感等）存儲(chǔ)的能量會(huì)與開(kāi)關(guān)管集電極與地之問(wèn)的分布電容進(jìn)行能量交換，產(chǎn)生衰減振蕩，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)管集電極與發(fā)射極之間的電壓迅速上升。這個(gè)按開(kāi)關(guān)頻率工作的脈沖束電流經(jīng)集電極與地之問(wèn)的分布電容返回任一電源線，而產(chǎn)牛共模噪聲。1.2差模噪聲圖3差模輸入傳導(dǎo)噪聲電原

4、理圖圖4 差模輸出傳導(dǎo)噪聲電原理圖2 EMI濾波器的正確選擇EMI濾波器是以工頻為導(dǎo)通對(duì)象的反射式低通濾波器，插入損耗和阻抗特性是重要技術(shù)指標(biāo)。EMI濾波器在正常工作時(shí)處于失配狀態(tài)，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，它無(wú)法實(shí)現(xiàn)匹配。如濾波器輸入端阻抗 （電網(wǎng)阻抗）是隨著用電量的大小而改變的。濾波器輸出端的阻抗 。（電源阻抗）是隨著負(fù)載的大小而改變的。要想獲得最佳的EMI抑制效果，必須根據(jù)濾波器的兩端所要連接的源端阻抗特性和負(fù)載阻抗特性來(lái)選擇EMI濾波器的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)，即遵循輸入、輸出端阻抗失配原則。一般選用方法是：（1）低的源阻抗和低的負(fù)載阻抗：選?。═）n 濾波器結(jié)構(gòu)；（2）高的源阻抗和高的負(fù)載阻抗：選取

5、（ ）n“濾波器結(jié)構(gòu)；（3）低的源阻抗和高的負(fù)載阻抗：選?。↙C）n“濾波器結(jié)構(gòu)；（4）高的源阻抗和低的負(fù)載阻抗：選?。–L） 濾波器結(jié)構(gòu)。若不能滿足阻抗失配的原則，就會(huì)影響濾波器的插損性能，嚴(yán)重時(shí)甚至引起諧振，在某些頻點(diǎn)處出現(xiàn)干擾放大現(xiàn)象，所以，阻抗失配連接原則是應(yīng)用EMI濾波器必須遵循的原則。針對(duì)圖l所測(cè)得的傳導(dǎo)騷擾值，可以看出在0.1515MHz范圍內(nèi)嚴(yán)重超差，最大值超過(guò)限值近40dB，而且尖峰較為密集。說(shuō)明電源所產(chǎn)生的浪涌電壓和浪涌電流較大，即電源的dudt、didt很大，也就是產(chǎn)生的_F擾能量很大。開(kāi)關(guān)電源共模噪聲等效電路呈高阻抗容性，而差模等效電路高、低阻抗同時(shí)存在。針對(duì)這種情況，

6、EMI濾波器的電路結(jié)構(gòu)選為二級(jí)共模電感和一個(gè)單獨(dú)的差模電感型式，這樣既可以濾除共模噪聲，又可以濾除差模噪聲。插入損耗為40dB，所測(cè)得的傳導(dǎo)騷擾值如圖5所示。圖5加EMI濾波器后所測(cè)的傳導(dǎo)騷擾由圖5可以看出，傳導(dǎo)騷擾值在某些頻段處還有超差，效果不十分理想，這是因?yàn)?，傳?dǎo)接受機(jī)所測(cè)得的傳導(dǎo)騷擾值是個(gè)綜合參數(shù)，它無(wú)法判斷出在0.1515MHz頻率范圍內(nèi)，共模干擾和差模干擾孰重孰輕，一般講：在0.150.5MHz低端差模干擾分量很大，在0.55MHz共模干擾和差模干擾同時(shí)存在，在530MHz之間共模分量較大。原因之二是由于濾波器的電感和電容元件都受其分布參數(shù)的影響，頻率愈高所受的影響愈大。濾波器內(nèi)部

7、電感、電容的裝配工藝、接地質(zhì)量也會(huì)對(duì)插入損耗產(chǎn)生很大的影響。原因之三是，由于濾波器電感會(huì)受到電流浪涌的影響，它工作的峰值電流比額定電流要大一倍左右，在重載和滿載時(shí)，差模電感容易產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，致使電感量迅速下降，導(dǎo)致插入損耗性能變壞。3 較為理想的解決辦法針對(duì)以上情況，在EMI濾波器前端再串接一個(gè)一定值的電感，在交流電路中電感的數(shù)值 X= wL=2rfL，電感就是一個(gè)電抗器，所以此電感也稱為進(jìn)線電抗器。由X =2rfL可知，它的感抗與頻率成正比，對(duì)于低頻電流可以暢通無(wú)阻地通過(guò)進(jìn)線電抗器，對(duì)于高頻電流進(jìn)線電抗器呈高阻抗、高壓降。因此，進(jìn)線電抗器可作為電流的低通（高阻）濾波器。并且，開(kāi)關(guān)電源所產(chǎn)生的諧波電壓大部分都降在了進(jìn)線電抗器上。所以，串接進(jìn)線電抗器不但使傳導(dǎo)騷擾值整體下降了，還使電壓諧波得到了改善。當(dāng)電感值選為6mH時(shí)，其抑制效果如圖6所示。所以對(duì)已定型的大功率開(kāi)關(guān)電源，選擇進(jìn)線電抗器+EMI濾波器，不失為解決其電磁騷擾的比較理想的方法。圖6進(jìn)線電抗器+EMI濾波器后所測(cè)的傳導(dǎo)騷擾4 結(jié)語(yǔ)大功率開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，電源產(chǎn)