影響開關電源EMI特性的磁件設計技術課件

1、影響開關電源EMI特性的磁件設計技術陳 為 博士福州大學電氣工程與自動化學院 教授，博導中國電源學會常務理事，專家委員會副主席磁技術專業(yè)委員會 主任委員2013.08.30主要內容 功率變換器的電磁干擾問題 磁元件對差模噪聲的影響機理 降低和控制差模噪聲的設計要點 (PFC) 磁元件對共模噪聲的影響機理 降低和控制共模噪聲的設計要點 (Flyback, LLC) 變壓器共模噪聲特性的測量評估 磁元件的近場干擾影響LISN功率變換器Filter共模噪聲CM-CE近場耦合RE濾波器功率變換器電磁干擾問題負載電網差模噪聲DM-CEEMI接收機RE接收天線阻抗穩(wěn)定網絡LISN作用： 提供50W標準阻抗

2、特性 濾除電網諧波干擾 采集傳導CE噪聲信號電源輸入線負載輸出線 開關頻率提高噪音源基波和諧波頻率提高 開關速度加快噪音源高頻諧波分量增多 功率密度提高元器件之間近場耦合作用加強功率變換器電磁干擾問題的重要性 環(huán)境友好要求 EMI標準更嚴格AdapterEMI濾波器Rm1Lw1Rw1Cp1非均勻繞組有磁場擴散電感電磁干擾傳輸途徑磁性元件雜散參數Rm2Lw2Rw2Cp2內部分布參數外部分布參數磁場泄露電場感應磁元件設計考慮要點結構設計電氣設計損耗設計EMI設計雜散參數變壓器中的電磁場分布與對應參數激磁磁通漏磁通ipisim原邊電荷副邊電荷原、副邊電荷電場分布磁場分布渦流損耗磁芯損耗差模噪聲LPF

3、C 阻抗特性Q+DLpfcLISNVdsLpfc差模EMI模型RmLwRwCpLtRtCtpVdsPFC電路輸入電感器對差模噪聲影響約12MHzLEPCCore01/4U1/4UU1/2U3/4U3/4U1/2UCore1/4U1/4UU1/2U3/4U3/4U01/2UCore01/2U1/2U1/8U1/8U2/8U2/8U3/8U3/8U5/8U5/8U7/8U7/8UU6/8U6/8UEPC中等EPC最大EPC最小電感器繞組分布電容形成機理與影響因素Q+DLpfcVds變壓器原副邊耦合電容產生共模電流V(x)VpxLISNicmCpsVpLISNLNicmQps變壓器副邊的感應電荷是共

4、模噪聲的重要來源降低共模耦合電容的考慮 增加原副邊繞組間的距離 減少原副邊繞組間的面積漏感增大, 體積增大繞組損耗增大 采用更完全的屏蔽增加空間, 成本和損耗 改變電位分布簡單的方法改變繞組線端點位降低共模有效電容3-16-71-36-7端口1端口1端口3端口3EMIFilter1367端點1：電位變化端點端點3：電位固定端點有內部屏蔽銅箔變壓器繞組電場分布有內部屏蔽銅箔V(x)VpxQpsLISNQshVpLISNLNicm Cps由于屏蔽層屏蔽作用，變壓器副邊感應的共模電荷大大減少Flyback電路變壓器共模噪聲抵消技術V(x)Vpx+Qps-QspLISN 當 Qps=Qsp時，變壓器副

5、邊的電荷將相互抵消為零VpLISNLNVp*Cps Cps CspVs 當 Vp*Cps=Vs*Csp 時，共模噪音電流將抵消為零Vs*Csp調整變壓器共模有效電容的方法Caddxx外加電容改變屏蔽層面積PSUpxHot pointCps(x)Csp(x)PSCsp(d)d改變絕緣層厚度LrCrD1D2ABEFCsp2Csp1CoRoPECiQ2Q1CrPPS1S2屏蔽層r如果Csp1=Csp2，則副邊電位變化引起的共模噪聲抵消S1S2LLC電路副邊噪聲源影響噪聲抵消技術P變壓器共模耦合電容的測試方法 沿著繞組導體上的電壓分布不均勻 原副邊繞組之間有屏蔽CpsCab=Cps+CshsCab=C

6、ps+Cshp/Cshsabab網絡分析儀/接收機等（兩端口）outputinputCpsCpsIcmVLCR表/阻抗分析儀等（單端口）磁性元件近場耦合效應CM filterD2D chokeVo=48VTopo=PFC+PSFBfs(PFC stage)=89Kfs(D2D stage)=74KDC/DC 74kHz & its harmonics Aux-PS 65kHz & its harmonics PFC 89kHz & its harmonics 磁性元件近場耦合對EMI的影響共模電感輸出濾波電感互感MCxLcmLCxx|Bx|By|B|環(huán)形電感產生的磁場近場輻射干擾磁場探頭測量的

7、磁感應強度B分布電磁場仿真的B分布yxxyy開口方向共模電感對外部磁場干擾敏感度分析-+-+-+-Bx 是最敏感的感應磁場分量BxByBz+-xyz感應電動勢E=0感應電動勢E0感應電動勢E較小|Bx|T-輸出濾波電感CM共模電感具有最小干擾的相對位置開口方向開口方向影響近場耦合效應的因素分析 干擾元件與被干擾元件之間的距離 干擾元件與被干擾元件之間的相對位置/角度 被干擾元件的內部分布參數 - R,L & CR LCjwM*ii噪聲電流被干擾元件U干擾電壓干擾元件U干擾電壓磁性元件由于體積大，其對地電場耦合較大。般采用法拉第電磁屏蔽技術優(yōu)點：屏蔽電場缺點：屏蔽高頻磁場，改變磁件磁性參數；由于渦流效應所產生的損耗較大。傳統(tǒng)電磁屏蔽體會影響磁件的磁性參數，不適用于一些磁性參數有特殊用途的場合差模電感諧振電感電場屏蔽方式由若干根金屬導線組成梳狀或網狀；在每根導體上各取一個點連接起來，且不構成電回路。梳狀