開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性技術(shù)及解決方法
(1)電磁兼容性
電磁兼容性是指設(shè)備或者系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作,且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。
(2)電磁騷擾
電磁騷擾是指任何可能引起設(shè)備、裝備或系統(tǒng)性能降低或者對(duì)有生命或者無(wú)生命物質(zhì)產(chǎn)生損害作用的電磁現(xiàn)象。電磁騷擾可引起設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能的下降。它的主要要素有自然和人為的騷擾源、通過(guò)公共地線阻抗/內(nèi)阻的耦合、沿電源線傳導(dǎo)的電磁騷擾和輻射干擾等。電子系統(tǒng)受干擾的路徑為:經(jīng)過(guò)電源,通過(guò)信號(hào)線或控制電纜、場(chǎng)滲透,經(jīng)過(guò)天線直接進(jìn)入;通過(guò)電纜耦合,從其他設(shè)備來(lái)的傳導(dǎo)干擾;電子系統(tǒng)內(nèi)部場(chǎng)耦合;其他設(shè)備的輻射干擾;電子設(shè)備外部耦合到內(nèi)部場(chǎng);寬帶發(fā)射機(jī)天線系統(tǒng);外部環(huán)境場(chǎng)等。
(3)電磁環(huán)境
電磁環(huán)境是一種明顯不傳送信息的時(shí)變電磁現(xiàn)象,它可能與有用信號(hào)疊加或組合。
(4)電磁輻射
電磁輻射是指電磁波由源發(fā)射到空間的現(xiàn)象!半姶泡椛洹币辉~的含義有時(shí)也可引申,將電磁感應(yīng)現(xiàn)象也包含在內(nèi)。RFI/EMI可以通過(guò)任何一種設(shè)備機(jī)殼的開(kāi)口、通風(fēng)孔、出入口、電纜、測(cè)量孔、門框、艙蓋、抽屜和面板以及機(jī)殼的非理想連接面等進(jìn)行輻射。RFI/EMI也可由進(jìn)入敏感設(shè)備的導(dǎo)線和電纜進(jìn)行輻射,任何一個(gè)良好的電磁能量輻射器也可以作為良好的接收器。
(5)脈沖
脈沖是指在短時(shí)間內(nèi)突變,隨后又迅速返回至其初始值的物理量。
(6)共模干擾和差模干擾
電源線上的干擾有共模干擾和差模干擾兩種方式。共模干擾存在于電源任何一相對(duì)大地或電線對(duì)大地之間。共模干擾有時(shí)也稱縱模干擾、不對(duì)稱干擾或接地干擾。這是載流導(dǎo)體與大地之間的干擾。差模干擾存在于電源相線與中線及相線與相線之間。差模干擾也稱常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾。這是載流導(dǎo)體之間的干擾。共模干擾提示了干擾是由輻射或串?dāng)_耦合到電路中的,而差模干擾則提示了干擾是源于同一條電源電路。通常這兩種干擾是同時(shí)存在的,由于線路阻抗的不平衡,兩種干擾在傳輸中還會(huì)相互轉(zhuǎn)化,所以情況十分復(fù)雜。干擾經(jīng)長(zhǎng)距離傳輸后,差模分量的衰減要比共模大,這是因?yàn)榫間阻抗與線-地阻抗不同的緣故。出于同一原因,共模干擾在線路傳輸中還會(huì)向鄰近空間輻射,而差模則不會(huì),因此共模干擾比差模更容易造成電磁干擾。不同的干擾方式要采取不同的干擾抑制方法才有效。判斷干擾方法的簡(jiǎn)便方法是采用電流探頭。電流探頭先單獨(dú)環(huán)繞每根導(dǎo)線,得出單根導(dǎo)線的感應(yīng)值,然后再環(huán)繞兩根導(dǎo)線(其中一根是地線),探測(cè)其感應(yīng)情況。如感應(yīng)值是增加的,則線路中干擾電流是共模的;反之則是差模的。
(7)抗擾度電平和敏感性電平
抗擾度電平是指將某給定的電磁騷擾施加于某一裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)并使其仍然能夠正常工作且保持所需性能等級(jí)時(shí)的最大騷擾電平。也就是說(shuō),超過(guò)此電平時(shí)該裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)性能降低。而敏感性電平是指剛剛開(kāi)始出現(xiàn)性能降低的電平。所以,對(duì)某一裝置、設(shè)備或者系統(tǒng)而言,抗擾度電平與敏感性電平是同一數(shù)值。
(8)抗擾度裕量
抗擾度裕量是指裝備、設(shè)備或者系統(tǒng)的抗擾度電平限值與電磁兼容電平之間的插值。
電磁兼容性的解決方法
從電磁兼容的三要素講,要解決開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性問(wèn)題,可從三個(gè)方面入手:第一,減小騷擾源產(chǎn)生的騷擾信號(hào);第二,切斷騷擾信號(hào)的傳播途徑;第三,增強(qiáng)受騷擾體的抗騷擾能力。在解決開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的兼容性時(shí),可以綜合利用上述三個(gè)方法,以成本效益比及實(shí)施的難易性為前提。因而,開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的對(duì)外騷擾,如電源線諧波電流、電源線傳導(dǎo)騷擾、電磁場(chǎng)輻射騷擾等只能用減小騷擾源的方法來(lái)解決。一方面,可以增強(qiáng)輸入/輸出濾波電路的設(shè)計(jì),改善APFC電路的性能,減小開(kāi)關(guān)管及整流、續(xù)流二極管的電壓、電流變化率,采用各種軟開(kāi)關(guān)電路拓?fù)浼翱刂品绞降;另一方面,加?qiáng)機(jī)殼的屏蔽效果,改善機(jī)殼的縫隙泄漏,并進(jìn)行良好的接地處理。而對(duì)外部的抗騷擾能力(如浪涌、雷擊)應(yīng)優(yōu)化交流電輸入及直流輸出端口的防雷能力。通常,對(duì)1.2/50µs開(kāi)路電壓及8/20µs短路電流的組合雷擊波形,因能量較小,通常采用氧化鋅壓敏電阻與氣體方電管等的組合方法來(lái)解決。對(duì)于靜電放電,通常在通信端口及控制端口的小信號(hào)電路中,采用TVS管及相應(yīng)的接地保護(hù)、加大小信號(hào)電路與機(jī)殼等的電距離來(lái)解決或選用具有抗靜電騷擾的器件?焖偎沧冃盘(hào)含有很寬的頻譜,很容易以共模的方式傳入控制電路內(nèi),采用與防靜電相同的方法并減小共模電感的分布電容、加強(qiáng)輸入電路的共模信號(hào)濾波(加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環(huán)等)來(lái)提高系統(tǒng)的抗擾性能。
減小開(kāi)關(guān)電源的內(nèi)部騷擾,實(shí)現(xiàn)其自身的電磁兼容性,提高開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)定性及可靠性,應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手:①注意數(shù)字電路與模塊電路PCB布線的正確分區(qū);②數(shù)字電路與模擬電路電源的去耦;③數(shù)字電路與模擬電路單點(diǎn)接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點(diǎn)接地以減小共阻騷擾,減小地環(huán)地影響,布線時(shí)注意相鄰線間的間距及信號(hào)性質(zhì),避免產(chǎn)生串?dāng)_,減小輸出整流回路及續(xù)流二極管回路與支流濾波電路所包圍的面積,減小變壓器的漏電、濾波電感的分布電容,運(yùn)用諧振頻率高的濾波電容器等。
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