3 开关电源的电磁兼容设计
进行开关电源的电磁兼容性设汁时,首先要明确系统需要满足的电磁兼容标准;确定系统内的关键电路,包括强干扰源电路、高度敏感电路;明确电源设备工作环境中的电磁于扰源及敏感设备;然后确定对电源设备所要采取的电磁兼容性措施。因此,开关电源的电磁兼容设计主要从以下3个方面入手:
1)减小干扰源的电磁干扰能量;
2)切断干扰传播途径;
3)提高受扰设备的抗干扰能力。
下面以隔离式DC/DC变换器为例,讨论开关电源的电磁兼容性设计。
3.1 DC/DC变换器输入电路的电磁兼容设计
如图2所示,FV1为瞬态电压抑制二极管RV1为压敏电阻,都具有很强的瞬变浪涌吸收能力,能很好地保护后级元器件或电路免遭浪涌电压的破坏。Z1为直流EMI滤波器,必须良好接地接地线要短,最好直接安装在金属外壳上,还要保证其输入、输出线之间的屏蔽隔离,才能有效地切断传导干扰沿输入线的传播和辐射干扰沿空间的传播。L1及C1组成低通滤波电路,当L1电感值鞍大时,还须增加如图2所示的D1和R1,形成续流回路,吸收L1断开时释放的电场能量,否则,L1产生的电压尖峰就会形成电磁干扰,电感L1所使用的磁芯最好为闭合磁芯,带气隙的开环磁芯的漏磁场会形成电磁干扰,C1的容量较大为好,这样可以减小输入线上的纹波电压,从而减小在输入导线周围形成的电磁场。
3.2 高频逆变电路的电磁兼容设计
如图3所示,C2、C3、V2、V3组成的半桥逆变电路,V2、V3为lGBT或M0SFET等开关器件,在V2、V3开通和关断时,由于开关时间很短以及引线电感、变压器漏感的存在,回路会产生较高的di/dt、dv/dt,从而形成电磁干扰,为此,在变压器原边两端增加R4、C4构成的吸收回路,或在V2、V3两端分别并联电容器C5、C6,并缩短引线,减小a—b、c—d、g—h、e—f的引线电感。在设计中,G4C5、C6。一般采用低感电容,电容器容量的大小取决于引线电感量、同路中电流值以及允许的过冲电压值的大小,由LI2/2=C△V2/2求得C的大小(L为回路电感,I为回路电流,△V为过冲电压值)。
为减小△V,就必须减小回路引线电感值,为此,在设计时常使用一种叫“多层低感复合母排”的装置,由我集团公司申请专利的该种母排装置能将回路电感降低到足够小,达lOnH级,从而达到减小高频逆变回路电磁干扰的目的。
在大电流或高电压下的快速开关动作是产生电磁噪声的根本,因此,尽可能选用产生电磁噪声小的电路拓扑,如在同等条件下双管正激拓扑比单管正激拓扑产生电磁噪声要小,全桥电路比半桥电路产生电磁噪声要小。另外,使用ZCS或ZVS软开关变换技术能有效降低高频逆变回路的电磁干扰。
图4所示为增加缓冲电路后开关管上的电流、电压波形与没有缓冲回路时的波形比较,可见增加缓冲电路后电流电压变化率降低很多。
由于变压器是一个发热元件,较差的散热条件必然导致变压器温度升高,从而形成热辐射,因此,变压器必须有很好的散热条件。
通常将高频变压器封装在一个铝壳盒内,并灌注电子硅胶,铝盒还可安装在铝散热器上,这样变压器即可形成较好的电磁屏蔽,还可保证有较好的散热效果.减小串磁辐射。