電源適配器的主要電磁干擾源是什么?

2021-07-28 11:33:52        0

  電源適配器因其在體積、質量、功率密度、效率等方面的諸多優勢,已廣泛應用于工業、國防、家用電器等領域。電源適配器應用于交流電網時,整流電路往往會導致輸入電流不連續,不僅使輸入功率因數大大降低,而且還會增加大量的高次諧波。同時,電源適配器中電源開關的高速開關動作(從幾十千赫到幾兆赫)形成EMI干擾源,其交流電壓和電流會通過電路元件產生 強尖峰干擾和共振干擾;電源適配器中干擾的主要形式有傳導干擾和近場輻射干擾。傳導干擾也將注入電網。這些干擾嚴重污染電網,影響鄰近電子儀器設備的正常運行; 同時,由于這個缺點,電源適配器不能用于一些精密的電子儀器。因此,盡可能降低電源適配器的EMI,擴大其使用范圍是從事電源適配器設計時必須考慮的問題。

 

  一、電源適配器的EMC

  電源適配器的EMC設計是元器件級設計的重要組成部分。電源適配器EMC設計的目的是使電源適配器在預期的電磁環境中實現電磁兼容。所選的電源適配器電路拓撲結構不應產生過大的電壓和過大的電流,以避免高壓電場干擾和大電流磁場干擾。在滿足要求的情況下,放大器的頻段應盡可能窄,使其不易受干擾,并適當增加緩沖電路。要求是使電源適配器滿足相關EMC標準的要求,并具備以下兩個能力。

  ①能在預期的電磁環境中正常工作,不會出現性能下降或故障。

  ②對電磁環境無污染。

  電源適配器產生EMI的最根本原因是其工作時產生的高di/dt和高du/dt,它們產生的浪涌電流和峰值電壓構成干擾源。工頻整流濾波所用大電容的充放電、開關管高頻工作時的電壓切換、輸出整流二極管的反向恢復電流等都是此類干擾源。電源適配器中的電壓和電流波形大多是近似矩形的周期波,如開關管的驅動波形、MOSFET漏源波形等。對于矩形波,周期的倒數決定了波形的基頻; 雙脈沖邊沿的上升時間或下降時間的倒數決定了由這些邊沿引起的頻率分量的頻率值。典型值在兆赫范圍內,其諧波頻率甚至更高。這些高頻信號都會干擾電源適配器的基本信號,尤其是控制電路的信號。

  電源適配器的電磁噪聲從噪聲源上可分為兩大類:一類是電源適配器受外界因素影響而產生的干擾,如通過電網傳輸的共模和差模噪聲,以及電源上的外部電磁輻射。適配器控制電路等的干擾,另一種是電源適配器內部元件產生的電磁噪聲,如開關管和整流管的電流尖峰產生的諧波和電磁輻射干擾。兩者都涉及人為因素和自然因素。

  電源適配器的噪音類型。電源適配器在受到電磁干擾的同時,也會對電網上的其他設備和負載產生電磁干擾。在電源適配器的EMI/EMC設計中,一方面要防止電源適配器干擾電網及附近的電子設備,另一方面要加強電源適配器本身對EMI環境的適應能力。

 

  二、整流二極管反向恢復引起的噪聲干擾

  電源適配器的輸入一般采用橋式整流和電容濾波式整流電源。無 PFC 電路的輸入電流和電壓波形如圖 3-3 所示。在不帶PFC功能的輸入級,由于整流二極管的非線性和濾波電容的儲能作用,二極管的導通角變小,輸入電流i變成一個周期短的尖峰電流,一個高峰值。除了基波分量之外,這種失真的電流基本上還包含豐富的諧波分量。這些高次諧波成分注入電網,造成嚴重的諧波污染,并對電網其他用電設備造成干擾。

 

  三、開關管產生的EMI

  在正激、推挽、橋式變換器中,流過開關管的電流波形在阻性負載時類似于矩形波,含有豐富的高頻成分。這些高頻諧波會產生很強的 EMI。在反激式變換器中,當施加阻性負載時,流經開關管的電流波形近似為三角波,高次諧波分量較少。開關管導通時,由于導通時間短,逆變電路中存在引線電感,會產生較大的du/dt和較高的峰值電壓。當開關管關斷時,由于關斷時間短,會產生很大的di/dt和很高的電流尖峰,頻帶較寬,諧波豐富。電源適配器產生的尖峰干擾和諧波干擾能量會通過電源適配器的輸入/輸出線傳播。這種干擾稱為傳導干擾; 諧波和寄生振蕩的能量將通過輸入/輸出線傳輸。電場和磁場在空間中產生,這種由電磁輻射產生的干擾稱為輻射干擾。

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