四、不同频段EMC设计整改技巧
1、传导部分原理说明:
- 传导干扰来源于差模电流噪声和共模电流噪声,这两种类型的噪声干扰见图所示。Y电容直接和传导干扰相关。
1)差模电流在两根输入电源线间反方向流动,两者相互构成电流回路,即一根作为差模电流的源线,一根作为差模电流的回线。 2)共模电流在两根输入电源线上同方向流动,它们分别与大地构成电流回路,即同时作为共模电流的源线或回线。
2、不合格频点经验: - <1MHZ,以差模为主,采用抑制差模的方法;
- 1MHZ~5MHZ,差模共查混合区;
- >5MHZ以上,共模为主,采用抑制共模的方法;
- 20MHZ~30MHZ,采用抑制共模的方法
- 30MHZ~50MHZ,MOS管的高速开关引起的;
- 50MHZ~100MHZ,二极管反向恢复电流引起的;
- >200MHZ,开关电源的辐射量较小
<1MHZ,以差模为主,采用抑制差模的方法; - 增大X电容;
- 添加差模电感,损失效率,降低谐波,增加浪涌能力;
- 添加PI型滤波器,靠近变压器侧的电解电容较大些;
>5MHZ以上,共模为主,采用抑制共模的方法; - 对于Class I的电源,可以在地线上加磁环,调整匝数对 10MHz以上的干扰有较大的抑制作用;
- 观察输出二板管的电压波形,调整吸收回路;
- 可在变压器磁芯上紧贴铜箔并闭环,可考虑接至电路靜点;
20MHz-30MHz,采用抑制共模的方法 - 对于Class 1的电源,可以调整对地的Y2电容的电容量和Y2 电容的位置;
- 对于Class II的电源,可调整初次级间的Y1电容的电容量 以及Y1的位置;
- 可在变压器外面包铜 箔,变压器最里面加屏蔽层或屏蔽绕组,调整变压器的各绕组的排布;
- 改变PCB布线;
- 输出端加小共模电感;
- 调整输出二板管的吸收回路,或加磁珠;
- 可在变压器与晶体管间加磁珠;
- 可在变压器与晶体管的回路中加一个小薄膜电容
- 滅缓晶体管的开关速度
30MHz-50MHz,MOS管高速开关引起的 - 减缓MOS管的开关速度;
- RCD缓冲电路中在二极管D上串小电阻;
- 辅助绕组供电电路中在二极管上串小电阻;
- 输出端加小共模电感
- MOS管的D-S脚并联一个小吸收电路;
- 可在变压器与晶体管的回路中加一个小薄膜电容;
- 减小高压电解电容、MOS和变压器的环路面积;
- 减小变压器、输出二板管、输出电解电容构成的环路面积
50MHz-100MHz,二极管反向恢复电流引起的 - 可在输出整流二极管上串磁珠;
- 调整输出整流二极管的吸收电路参数;
- 可调整初次级跨接的Y电容支路阻抗,如Y电容引脚加磁珠、串接适 当电阻或小电感;
- 可以改变MOS和输出二板管的辐射,改变它们散热器的接地点;
- 可以考虑增加屏蔽铜箔,抑制辐射。
五、 反激变压器和PCB排版对EMC的影响
- 常见的反激式(Flyback)变换器拓扑:
- 原边功率回路
- 副边功率回路
- 钳位吸收回路
- 驱动回路
- 辅助绕组回路
- 原边控制回路
- 副边控制回路
1) 原边功率回路- 原边晶体管开通和关断时,产生高频的di/dt和dv/dt回路1
- 回路1中Ids_Q1的电流主要成份是变压器原边电流Il ,高频电流经电容C2、变压器原边、晶体管Q1、和采样电阻RS。
2)副边功率回路 - 原边晶体管开通时,产生高频的di/dt和dv/dt回路2。
- 回路2的副边整流二极管D2的反向恢复电流Irr_D2/n会耦合到回路1中
3)钳位吸收回路- 原边晶体管开通时,产生高频的di/dt和dv/dt回路3。
- 回路3中的钳位二极管D1的反向恢复电流Irr_D1会加入到回路1中
4)驱动回路 - 原边晶体管开通时,产生高频的di/dt和dv/dt回路4
- 回路4中的原边晶体管Q1的驱动电流Igs_Q1也会加入到回路1中
5)辅助绕组回路 - 原边晶体管开通时,产生高频的di/dt和dv/dt回路5。
- 回路5中辅助绕组D3的反向恢复电流Irr_D3也耦合到回路1中
- Ids_Q1=IL+Irr_D2/n+Irr_D1+Igs_Q1+Irr_D3
6)高频回路总结 - 原边晶体管开通时,产生高频的di/dt和dv/d啲5个回路。
- 回路1中包含了 5个回路直接或耦合过来的电流。
- 处理好这些回路的布线是解决噪声问题的关键。
六、常见的抑制噪声措施 - 变压器设计
- 元器件选择
- 布线技巧
- 单点接地,避免回路间耦合;
- 利用高频电容,缩小高频回路面积;
- 通过布线,进一步地减小高频噪声;
- 通过布线,尽量减小接地阻抗;
1)典型的FLYBACK电路干扰源-变压器设计 初次级之间分层跟三明治绕法的区别就是初次级之间耦合电容小,传导干扰低。
初次级之间采用三明治绕法,增加了层间的耦合电容,但却提高了杂讯耦合到次级的途径,传导干扰大。
初次级之间采用三明治绕法,连接MOS管部分是高的电压和电流辐射源,在绕制变压器时,需要把此部分绕在最里层,其他部分相当于屏蔽层,把此部分屏蔽掉,可以有效改善EMC。假如此点绕在最外层,EMC效果会非常差。
2)单点接地,避免回路间耦合 - 关注最敏感的控制回路;
- 控制回路、驱动回路,采样回路与功率回路的单点接地;
- 辅助绕组回路的单点接地。
3)利用高频电容,缩小高频回路面积;
4)通过布线,进一步地减小高频噪声;
通过布线,尽量减小接地阻抗 - 良好的接地线宽度必须>100mil;
- <100mi地线宽度只能作为电气接地;
- 地线尽量避免跳线、过孔连接或通过单一过孔连接;
- 当地线和其它线路冲突时优先地线走线。
七、 EMC整改思路 干扰源→ 耦合途径→ 敏感设备系统要发生电磁兼容性问题,必须存在三个因素,即电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。所以,在解决电磁兼容问题时,要从这三个因素入手,对症下药,消除其中某一个因素,就能解决电磁兼容问题。电磁兼容可通过将干扰抑制于扰乱电子系统或子系统正常工作的电平以下来实现,这种兼容一般通过采用滤波器及将元件或设备屏蔽而获得,也就是我们所说的消灭或减小干扰源,切断耦合途径,保护敏感设备。 EMC部分总体整改思路概括如下: 1)先确认干扰源,确认是电源部分哪个单元引起的EMC干扰:一般先确认反激部分,然后再确认PFC部分,再确认LED驱动部分或者是LLC部分。确认时,可以采取把其他单元屏蔽措施来逐一确认; 2)找到准确的单元部分,针对此单元进行准确分析,逐一确认干扰源和耦合途径,从本质上和原理上采取措施; 3)假如各个部分都确认,EMC还是不过的话,要从系统的角度看整机电源板的PCB布局是否存在问题,从根本上解决EMC问题。 |