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电源模块厂家教你如何抑制电磁干扰

电源模块厂家教你如何抑制电磁干扰

2018-10-06

一直以来,如何抑制开关电源模块的电磁干扰都是工程师在设计中困扰的问题。这不仅关系到其本身的可靠性,同时会影响到整个系统的安全和稳定性。

 

骚扰源、敏感设备与耦合途径并称电磁干扰三要素,对于开关电源模块来说,噪声的产生在于电流或电压的急剧变化,即di/dtdv/dt很大,因此高功率和高频率运作的器件都是EMI噪声的来源。

 

解决方法都是想法设法的将干扰三要素中的一个去掉,如屏蔽骚扰源、隔离敏感设备或切断耦合途径。因为无法让电磁干扰不产生,只能用一定的方法去减少其对系统的干扰,下面分析下常见的6主要来源和抑制措施。

 

1、外界干扰的耦合

输入端是电源的入口处,内部的噪声也可由此传播到外部,对外界造成干扰。常用抑制措施是在输入加X和Y电容、差模和共模电感对噪声和干扰进行过滤。

 

输出端如果是有长引线的情况,电源模块跟系统搭配后,内部一些噪声干扰可能由输出线而耦合到外界,干扰用电设备。一般是加共模和差模滤波还可以在输出线串套磁珠环采用双绞线或屏蔽线,实现抑制EMI干扰。

 

2、开关管

电源模块由于开关管结电容的存在,在工作时,开关管在快速开关后会产生毛刺和尖峰,开关管的结电容和变压器的绕组漏感也有可能产生谐振而发出干扰。

 

常用的方法有:

1.开关管DG极串加磁珠环,减小开关管的电流变化率,从而实现减小尖峰

2.在开关管处加缓冲电路或采用软开关技术,减小开关管在快速工作时的尖峰,使其电压或电流能缓慢上升

3.减小开关管与周边组件的压差,开关管结电容可充电的程度会得到一定的降低

4.增大开关管的G极驱动电阻。

 

3、变压器

变压器是电源模块的储能组件,在能量的充放过程中,可能会产生噪声干扰。漏感可以与电路中的分布电容组成振荡回路,使电路产生高频振荡并向外辐射电磁能量,从而造成电磁干扰。一次绕组与二次绕组之间的电位差也会产生高频变化,通过寄生电容的耦合,从而产生了在一次侧与二次侧之间流动的共模传导EMI电流干扰

 

常用的抑制方法有:

1.变压器加屏蔽,电屏蔽是将初级来的干扰信号与次级隔离开来。可在初、次级之间包一层铜箔内屏蔽,但头尾不能短路,铜箔要接地,共模传导干涉信号通过电容-铜箔-接地形成回路,不能进入次级绕组从而起到电屏蔽的作用。

 

磁屏蔽在变压器外部线包包首尾相连的铜箔外屏蔽。铜箔是良导体,高频交变漏磁通穿过铜箔的时候会产生涡流,而涡流产生的磁场方向正好与漏磁通的方向相反,部分漏磁通就可以被抵消

2.采用三明治绕法,可以减少初级耦合至变压器磁芯的高频干扰。由于初级远离磁芯,次级电压低,故引起的高频干扰小。

3.降低工作频率,减缓能量的快速充放。

4.一次侧和二次侧的可靠隔离,一次侧和二次侧之间的地接Y电容。

5.尽量减小变压器的漏感,改进电路的分布参数,能在一定程度减小干扰。

 

4、二极管

二极管在快速截止与导通的过程中会有尖峰的产生,特别是整流二极管,其在反向恢复过程中,电路的寄生电感、电容会发生高频振荡,产生电磁干扰。

 

常用的抑制干扰方式有RC吸收电路,让二极管的能量能平缓的泄放,或者在其阴极管脚套一个磁珠环,使其电流不可突变以减小尖峰

 

5、储能电感

常用的抑制干扰方式有加以屏蔽或调整其参数,避免与回路的电容产生振荡

 

6PCB的布局与走线

PCB是上述干扰源的耦合通道,PCB的优劣直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。同时板上器件的布局和布线不合理都会造成干扰。

 

布局布线需要注意以下几点:

1.减少干扰最有效方法就是减小各个电流回路的面积磁场干扰和带电导体的面积及长度电场干扰

2.电路中不相同的地线特别是模拟地和数字地要分开

3.PCB的电源线和地线尽可能宽,以减小线阻抗,从而减小公共阻抗引起的干扰噪声

4.对于传输信号的线路一定要考虑阻抗匹配

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