開關(guān)電源前端EMC概述課件

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歡迎各位老師和同學(xué)參加本次學(xué)術(shù)交流報告西安科技大學(xué)——劉樹林研究團(tuán)隊2開關(guān)電源前端EMC概述電力電子電路與拓?fù)鋱蟾嫒耍?23453*緒論EMC基礎(chǔ)理論2基本電路及其典型應(yīng)用4內(nèi)容提要123總結(jié)4序論電磁兼容是一門新興的綜合性學(xué)科。電磁兼容學(xué)科主要研究的是如何使在同一電磁環(huán)境下工作的各種電氣電子設(shè)備和元器件都能正常工作，互不干擾，達(dá)到兼容狀態(tài)。電磁兼容概述15電磁兼容性EMC（ElectromagneticCompatibility）設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即該設(shè)備不會由于受到處于同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致不允許的降級；也不會使同一電磁環(huán)境中其他設(shè)備因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致不允許的降級。電磁干擾EMI（ElectromagneticInterference)電磁騷擾導(dǎo)致電子設(shè)備相互影響，并引起不良后果的一種電磁現(xiàn)象。輻射發(fā)射RE(RadiatedEmission)通過空間傳播的、無用的或不希望有的電磁能量。傳導(dǎo)發(fā)射CE(ConductedEmission)沿電源或信號線傳輸?shù)碾姶虐l(fā)射。電磁敏感性EMS（ElectromagneticSusceptibility)設(shè)備暴露在電磁環(huán)境下所呈現(xiàn)的不希望有的響應(yīng)程度。即設(shè)備對周圍電磁環(huán)境敏感程度的度量。電磁敏感意味著電磁環(huán)境已經(jīng)造成設(shè)備性能的降低。輻射敏感度RS（RadiatedSusceptibility)對造成設(shè)備性能降級的輻射騷擾場的度量。傳導(dǎo)敏感度CS（ConductedSusceptibility)當(dāng)引起設(shè)備性能降級時，對從傳導(dǎo)方式引入的騷擾信號電流或電壓的度量1.電磁兼容常用名詞術(shù)語2.電磁干擾三要素6（1）

電磁騷擾源，指產(chǎn)生電磁騷擾的元件、器件、設(shè)備或自然現(xiàn)象；（2）

耦合途徑或稱耦合通道，指把能量從騷擾源耦合到敏感設(shè)備上，并使該設(shè)備產(chǎn)生響應(yīng)的媒介；（3）

敏感設(shè)備，指對電磁騷擾產(chǎn)生響應(yīng)的設(shè)備。7

電磁兼容學(xué)科研究的主要內(nèi)容是圍繞構(gòu)成電磁干擾的三要素進(jìn)行的，即對電磁騷擾源、耦合通道和敏感設(shè)備的研究。騷擾源的研究包括其發(fā)生的機理、時域和頻域的定量描述，以便從源端來抑制干擾的發(fā)射，通常采用濾波技術(shù)來限制騷擾源的頻譜寬度和幅值。騷擾的耦合通道有二條：1，通過空間輻射；2，通過導(dǎo)線傳導(dǎo)。輻射發(fā)射主要研究在遠(yuǎn)場條件下騷擾以電磁波的形式發(fā)射的規(guī)律以及在近場條件下的電磁耦合。通常采用屏蔽技術(shù)來阻斷騷擾的輻射。傳導(dǎo)發(fā)射討論騷擾延導(dǎo)線傳輸?shù)挠绊?。通常傳?dǎo)發(fā)射通過公共地線、公共電源線和互連線而實現(xiàn)。電磁兼容的研究內(nèi)容還包括電磁兼容控制技術(shù)、測量技術(shù)、分析預(yù)測等。3.電磁兼容研究的主要內(nèi)容8最常用也是最基本的電磁兼容控制技術(shù)是屏蔽、濾波、接地。此外平衡技術(shù)、低電平技術(shù)等也是電磁兼容的重要控制技術(shù)。1.屏蔽主要用于切斷通過空間的靜電耦合、感應(yīng)耦合形成的電磁噪聲傳播途徑，這三種耦合又對應(yīng)于靜電屏蔽、磁場屏蔽與電磁屏蔽，衡量屏蔽的質(zhì)量采用屏蔽效能這一指標(biāo)。2.濾波在頻域上處理電磁噪聲的一種技術(shù)，其特點是將不需要的一部分頻譜濾掉。3.接地提供有用信號或無用信號，電磁噪聲的公共通路。接地的好壞則直接影響到設(shè)備內(nèi)部和外部的電磁兼容性。4.基本的電磁兼容控制技術(shù)9*電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)主要通過標(biāo)準(zhǔn)化組織來制訂，國際上制定電磁兼容的主要標(biāo)準(zhǔn)化組織如下表所示。5.電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)IEC(國際電工委員會)CENELEC(歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會)由歐共體委員會授權(quán)制訂歐洲標(biāo)準(zhǔn)10*電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)分為基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、通用標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)和專用產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)：描述了EMC現(xiàn)象、規(guī)定了EMC測試方法、設(shè)備，定義了等級和性能判據(jù)?；A(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)不涉及具體產(chǎn)品。產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)：針對某種產(chǎn)品系列的EMC測試標(biāo)準(zhǔn)。往往引用基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，但根據(jù)產(chǎn)品的特殊性提出更詳細(xì)的規(guī)定。通用標(biāo)準(zhǔn)：按照設(shè)備使用環(huán)境劃分的，當(dāng)產(chǎn)品沒有特定的產(chǎn)品類標(biāo)準(zhǔn)可以遵循時，使用通用標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行EMC測試。對使設(shè)備的功能完全正常，也要滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的要求。6.電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)分類11*7.產(chǎn)品EMC設(shè)計的重要性產(chǎn)品的EMC性能好壞，還關(guān)系到產(chǎn)品的穩(wěn)定性，影響客戶滿意度；主要表現(xiàn)在：（1）

產(chǎn)品EMC設(shè)計考慮不周易引起內(nèi)部串?dāng)_，影響產(chǎn)品穩(wěn)定性；（2）

抗外部干擾能力差，工作難穩(wěn)定；（3）產(chǎn)生干擾會引起客戶投訴。最后產(chǎn)品的EMC性能好壞還與產(chǎn)品的競爭力密切相關(guān)。相同的產(chǎn)品有還是沒有通過CE認(rèn)證在市場競爭中常?？梢云鸬?jīng)Q定性的作用。12*2EMC基礎(chǔ)理論電磁騷擾傳播或耦合，通常分為兩大類：即傳導(dǎo)騷擾傳播和輻射騷擾傳播。通過導(dǎo)體傳播的電磁騷擾，叫傳導(dǎo)騷擾；通過空間傳播的電磁騷擾，叫輻射騷擾。13共阻抗耦合由兩個回路經(jīng)公共阻抗耦合而產(chǎn)生，干擾量是電流i或變化的電流di/dt。容性耦合在干擾源與干擾對稱之間存在著分布電容而產(chǎn)生，干擾量是變化的電場，即變化的電壓du/dt。感性耦合在干擾源與干擾對稱之間存在著互感而產(chǎn)生，干擾量是變化的磁場，即變化的電流di/dt。1.EMC的傳導(dǎo)干擾14共阻抗耦合干擾抑制方法1）讓兩個電流回路或系統(tǒng)彼此無關(guān)。信號相互獨立，避免電路的連接，以避免形成電路性耦合。2）限制耦合阻抗，使耦合阻抗愈低愈好，當(dāng)耦合阻抗趨于零時，稱為電路去耦。為使耦合阻抗小，必須使導(dǎo)線電阻和導(dǎo)線電感都盡可能小。3）電路去耦：即各個不同的電流回路之間僅在唯一的一點作電的連接，在這一點就不可能流過電路性干擾電流，于是達(dá)到電流回路間電路去耦的目的。4）隔離：電平相差懸殊的相關(guān)系統(tǒng)（比如信號傳輸設(shè)備和大功率電氣設(shè)備之間），常采用隔離技術(shù)。152.容性耦合干擾抑制方法為了抑制電容性干擾可以采取以下措施：1）干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電壓變化幅度和變化率盡可能地小；2）被干擾系統(tǒng)應(yīng)盡可能設(shè)計成低阻；3）兩個系統(tǒng)的耦合部分的布置應(yīng)使耦合電容盡量小。例如電線、電纜系統(tǒng)，則應(yīng)使其間距盡量大，導(dǎo)線短，避免平行走線；4）可對干擾源的干擾對象進(jìn)行電氣屏蔽，屏蔽的目的在于切斷干擾源的導(dǎo)體表面和干擾對象的導(dǎo)體表面之間的電力線通路，使耦合電容變得最?。?63.感性耦合干擾抑制方法1）干擾源系統(tǒng)的電氣參數(shù)應(yīng)使電流變化的幅度和速率盡量??；2）被干擾系統(tǒng)應(yīng)該具有高阻抗；3）減少兩個系統(tǒng)的互感，為此讓導(dǎo)線盡量短，間距盡量大，避免平行走線，；4）

對于干擾源或干擾對象設(shè)置磁屏蔽，以抑制干擾磁場。5）

采用平衡措施，使干擾磁場以及耦合的干擾信號大部分相互抵消。172.EMC的輻射干擾

輻射干擾通過空間傳輸實質(zhì)上是干擾源的電磁能量以場的形式向四周空間播。減小輻射干擾的措施主要有：1）輻射屏蔽：在干擾源和干擾對象之間插入一金屬屏蔽物，以阻擋干擾的傳播。2）

極化隔離：干擾源與干擾對象在布局上采取極化隔離措施。即一個為垂直極化時，另一個為水平極化，以減小其間的耦合。3）距離隔離：拉開干擾源與被干擾對象之間的距離，這是由于志在近場區(qū)，場量強度與距離平方或立方成比例，當(dāng)距離增大時，場衰減很快。4）吸收涂層法：被干擾對象有時可涂復(fù)一層吸收電磁波的材料，以減小干擾。183.電磁干擾的模式差模干擾（Differential-mode）：兩導(dǎo)線上的干擾電流，振幅相等，方向相反稱為差模干擾。差模干擾：簡單的說就線與線的干擾。如上圖，Udm就是差模電壓，Idm就是差模電流。Idm大小相等，方向相反。19差模電感的工作原理20差模電容的工作原理21共模干擾（Common-mode）：兩導(dǎo)線上的干擾電流振幅相等，而方向相同者稱為共模干擾。22*共模電感的工作原理23*共模電容的工作原理24EMI濾波前后的波形比較25基本電路及典型應(yīng)用26*

通常有四種技術(shù)可進(jìn)行電源濾波，以便抑制干擾噪聲。在實際使用中，經(jīng)常是混合使用其中的兩種，甚至多種技術(shù)。它們是：正負(fù)極電源線之間添加電容，即X電容；每根電源線和地線之間添加電容，即Y電容；共模抑制（兩根電源線上的抑制線圈同向繞線）；差模抑制（每根電源線有它自己的抑制線圈）。1.常用電源濾波器的類型282.安規(guī)電容

安規(guī)電容是指用于這樣的場合，即電容器失效后，不會導(dǎo)致電擊，不危及人身安全.它包括了X電容和Y電容。

x電容是跨接在電力線兩線（L-N）之間的電容，一般選用金屬薄膜電容；

Y電容是分別跨接在電力線兩線和地之間（L-E，N-E）的電容，一般是成對出現(xiàn)?；诼╇娏鞯南拗?，Y電容值不能太大，一般X電容是uF級，Y電容是nF級。X電容抑制差模干擾，Y電容抑制共模干擾29*安規(guī)電容安全等級

X電容安全等級

峰值脈沖電壓

過電壓等級（IEC664）

X1

>2.5kV≤4.0kV

Ⅲ

X2

≤2.5kV

Ⅱ

X3

≤1.2kV

——

Y電容安全等級

絕緣類型

額定電壓范圍

Y1

雙重絕緣或加強絕緣

≥250V

Y2

基本絕緣或附加絕緣

≥150V≤250V

Y3

基本絕緣或附加絕緣

≥150V≤250V

Y4

基本絕緣或附加絕緣

<150V30*3.電感電感量范圍與額定電流的關(guān)系31*4.典型應(yīng)用該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，使用時外殼應(yīng)接通大地。電路中包括共模扼流圈（亦稱共模電感）L、濾波電容C1～C4。L對串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經(jīng)過耦合后總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過，故稱作共模扼流圈。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過時，兩個線圈上的磁場就會互相加強。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān)，參見表1。需要指出，當(dāng)額定電流較大時。共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量，可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01μF～0.47μF，主要用來濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點接地，能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF～0.1μF。為減小漏電流，電容量不得超過0.1μF，并且電容器中點應(yīng)與大地接通。C1～C4的耐壓值均為630VDC或250VAC32計算EMI濾波器對地的漏電流

ILD=2π×f×C×Vc（3）式中，ILD為漏電流，f是電網(wǎng)頻率。以上圖為例，f=50Hz，C=C3+C4=4400pF，Vc是C3、C4上的壓降，亦即輸出端的對地電壓，可取Vc≈220V/2=110V。由（3）式不難算出，此時漏電流ILD=0.15mA。C3和C4若選4700pF，則C=4700pF×2=9400pF，ILD=0.32mA。顯然，漏電流與C成正比。對漏電流的要求是愈小愈好，這樣安全性高，一般應(yīng)為幾百微安至幾毫安。在電子醫(yī)療設(shè)備中對漏電流的要求更為嚴(yán)格。使用條件：使用條件包括兩方面內(nèi)容：可靠性和電磁兼容性。以前只注意可靠性，現(xiàn)在由于環(huán)境保護(hù)意識增強，必須注意電磁兼容性。33*圖示出一種兩級復(fù)合式EMI濾波器的內(nèi)部電路，由于采用兩級（亦稱兩節(jié)）濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。針對某些用戶現(xiàn)場存在重復(fù)頻率為幾千赫茲的快速瞬態(tài)群脈沖干擾的問題，國內(nèi)外還開發(fā)出群脈沖濾波器（亦稱群脈沖對抗器），能對上述干擾起到