无线电爱好网

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

电源EMC问题解析一

2022-8-23 10:46| 发布者: 闪电| 查看: 8| 评论: 0

摘要: 一、EMC相关介绍EMC:Electromagnetic Compatibility, 电磁兼容性,国标GB/T4365-1995里对电磁兼容所下的定义是:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。EMI:设备 ...
一、EMC相关介绍

EMC:Electromagnetic Compatibility, 电磁兼容性,国标GB/T4365-1995里对电磁兼容所下的定义是:设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

EMI:设备、分系统、系统不应产生超过规范或标准所规定的电磁发射的要求。

EMS:设备、分系统应满足相关标准或规范所要求的抗扰度要求。

对于大部分电子产品而言,EMC的重点在于EMI,而EMI当中,传导干扰(CE)和辐射干扰(RE)是难点。所以这里主要讨论的是传导干扰和辐射干扰。传导测试的范围是150kHz~30MHz,辐射测试的范围是30Hz~10GHz。



电磁干扰三要素

1,骚扰源

任何形势的自然或电能装置所发射的电磁能量,能使共享同一环境的人或其他生物受到伤害,或使其他设备、分系统或系统发生电磁危害,导致性能降低或实效,即称为电磁骚扰源。

2,耦合途径

即传输电磁骚扰的通路或媒介

3,敏感设备

指当受到电磁骚扰源所发射的电磁量的作用时,会受到伤害的人或其他生物,以及会发生电磁危害,

导致性能降低或失效的器件、设备、分系统或系统。



二、EMC常用元器件

器件名称

关键参数

影响频点

备注

X电容

电容容值

传导150K~500K之间

主要是抑制差模干扰

Y电容

电容容值

传导150K~30M

辐射30M~200M

主要是共模干扰,需要配合共模滤波器一起使用

差模滤波器

电感感量

传导150K~500K之间

主要是抑制差模干扰

共模滤波器

电感感量

传导500K~30M

辐射30M~100M

主要是抑制共模干扰

MOS管

VDS以及RDS(on)以及Ciss,Coss,gf

传导150K~30M

辐射30M~200M

差模和共模都跟MOS有关

 

二极管

Trr以及反向耐压等

辐射干扰影响大一些30M~200M

差模和共模都跟二极管有关

 

PFC电感

电感量,绕法和磁芯

 

传导150K~30M

辐射30M~100M

差模和共模都跟PFC电感有关

 

变压器

各绕组关系以及电感量和磁芯

传导150K~30M

辐射30M~200M

差模和共模都跟变压器有关

 

升压和降压电感

电感量和绕法

 

辐射30M~200M

 

差模多一些

 




三、EMC重点器件解析

EMC设计指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对环境中的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。影响电磁干扰的原素包含︰系统电路拓扑架构,PCB的布局、磁性材料(包括滤波器和变压器)的设计、系统的结构设计等等。由于不同系统的差异性过于繁杂,处理的模式往往因人而异,欠缺共通性,使工程师很难以理论分析,在理不出头绪的形况下,通常采用尝试错误法,以不断加大EMC虑波器抑制组件的感量与增大Y电容的容抗的模式来解决问题,如此不但成本增加且常又受限于产品机构空间的限制,加上无法累积正确的经验,使得每次处理该问题总是况日费时效果欠佳。

因此,合理的使用EMC滤波器,以及在设计电路时就将噪声抑制策略考虑进去,如吸收电路的使用、散热片接地处理、变压器增加补偿绕组等,才有助于产品的EMC设计。

 目前通用的EMC滤波器线路图如下所示:




Power Current为正常工作的电流;Noise Current为引起共模干扰的电流;此图为一个共模线圈的电路简化图,正常工作电流是图中粉色箭头所示,它们产生的磁场如粉色虚线所示,互相抵消,磁芯不会饱和。

共模滤波器的高频等效模型如下:


其中   L为滤波器的电感量,C为滤波器的分散电容,R为滤波器的直流电阻;

       ZL为滤波器的电抗,Zc为滤波器的容抗,ZHFL为整个滤波器的阻抗;

      从滤波器的等效阻抗看, ZL电感量和分布电容Zc是滤波器重点监控对象。

     滤波器的电感量会随着频率的上升逐渐降低,频率大于谐振频率(fo)以后,电感会呈现出电容性,下图为电感的频率与阻抗曲线。



对相同的磁芯绕不同的圈数,滤波器呈现的频率阻抗是不一样的。

下图是共模噪声的路径:

对相同的磁芯绕不同的圈数,或者是不同的磁芯绕相同的圈数,滤波器呈现的频率阻抗是不一样的,下图是相同磁芯绕不同圈数的频率阻抗图。(绿颜色的滤波器适合抑制低频干扰,红颜色的滤波器适合抑制稍高频率干扰)。

设计案例:某电源在EMC辐射测试时,30M~50M左右频点超标,波形如下图:



通过对比分析,发现滤波器跟以前比较存在比较大的差异,对好的滤波器和不好的滤波器做阻抗对比分析,如下表:

1号好的电感

1号不好的电感

测试频率

电感量

总阻抗

测试频率

电感量

总阻抗

100KHZ

16.26mH

9.583K

100KHZ

26.68mH

16.28K

180KHZ

18mH

12K

180KHZ

191.9mH

55.64K

200KHZ

21.87mH

19.21K

200KHZ

无电感。测试阻抗为电容C=3.56P

54.38K

300KHZ

50.50mH

25.61K

300KHZ

无电感。测试阻抗为电容C=21.26P

22.50K

350KHZ

300mH

26.58K

350KHZ

没有测试

 

400KHZ

无电感。测试阻抗为电容C=2.49P

26.31K

400KHZ

无电感。测试阻抗为电容C=27.25P

14.00K

500KHZ

无电感。测试阻抗为电容C=6.26P

23.88K

500KHZ

无电感。测试阻抗为电容C=29.99P

10.36K

10M

无电感。测试阻抗为电容C=36.4nF

0.533R

10M

无电感。测试阻抗为电容C=43.8nF

0.443R

20M

18.92nH

2.381R

20M

22.43nH

2.958R

30M

19.74nH

3.727R

30M

22.44nH

4.233R

40M

21.08nH

5.302R

40M

29.20nH

7.364R

50M

22.0nH

6.913R

50M

34.04nH

19.43R

53M

22.30nH

7.482R

53M

无电感。测试阻抗为电容C=1.140nF

11.05R

60M

23.2nH

8.765R

60M

3.91nH

2.808R

70M

25.46nH

11.25R

70M

9.21nH

4.157R

80M

22.6nH

11.62R

80M

12.31nH

6.22R

90M

18.06nH

10.43R

90M

14.16nH

8.035R

100M

20.55nH

12.94R

100M

15.80nH

10.03R


通过对两个表格的对比分析,发现不好滤波器在180K时,电感阻抗曲线达到最大,相当于在180K是阻抗的拐点。而测试合格的滤波器在350K时,电感阻抗曲线达到最大。

在50M左右测试时,好的电感有电感阻抗,而不好的电感在50M左右电感阻抗没有。

路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋

QQ|关于本站|小黑屋|Archiver|手机版|无线电爱好网 ( 粤ICP备15040352号 ) 无线电爱好技术交流5 无线电爱好技术交流1无线电爱好技术交流9开关电源讨论群LED照明应用、电源无线电爱好技术交流4无线电爱好技术交流8无线电爱好技术交流10无线电爱好技术交流11

粤公网安备 44030702001224号

GMT+8, 2022-8-31 11:06 , Processed in 0.109201 second(s), 18 queries .

Powered by Discuz! X3.4 Licensed

Copyright © 2001-2020, Tencent Cloud.

返回顶部