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工程师不可不知的开关电源关键设计(四)

来源:    作者:    发布时间:2015-05-11 10:27:29    浏览量:

  减小开关电源的内部骚扰,实现其自身的电磁兼容性,提高开关电源的稳定性及可靠性,应从以下几个方面入手:①注意数字电路与模块电路PCB布线的正确分区;②数字电路与模拟电路电源的去耦;③数字电路与模拟电路单点接地、大电流电路与小电流特别是电流电压取样电路的单点接地以减小共阻骚扰,减小地环地影响,布线时注意相邻线间的间距及信号性质,避免产生串扰,减小输出整流回路及续流二极管回路与支流滤波电路所包围的面积,减小变压器的漏电、滤波电感的分布电容,运用谐振频率高的滤波电容器等。

  5 滤波器结构

  滤波是一种抑制传导干扰的方法。例如,在电源输入端接上滤波器,可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害,也可以抑制由开关电源产一体成型电感器生并向电网反馈的干扰。电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元,在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。它不仅可以抑制传输线上的传导干扰,同时对传输线上的辐射发射也具有显著的抑制效果。在滤波电路中,选用穿心电容、三端电容、铁氧体磁环,能够改善电路的滤波特性。进行适当的设计或选择合适的滤波器,并正确的安装滤波器是抗干扰技术的重要组成部分。在交流电输入端加装的电源滤波器电路如图1所示。图中Ld、工字电感器Cd用于抑制差模噪声,一般取Ld为100 mH -700mH,Cd取1µF -10µF。Lc、Cc用于抑制共模噪声,可根据实际情况加以调整。

  

  所有电源滤波器都必须接地(厂家特别说明允许不接地的除外),因为滤波器的共模旁路电容必须在接地时才起作用。一般的接地方法是除了将滤波器与金属外壳相接之外,还要用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地点相连。接地阻抗越低,滤波效果越好。

  滤波器尽量安装在靠近电源入口处。滤波器的输入及输出端要尽量远离,避免干扰信号从输入端直接耦合到输出端。

  如在电源输出端加输出滤波器、加装高频电容、加大输出滤波电感的电感量及滤波电容的容量,则可以抑制差模噪声。如果把多个电容并联,则效果会更好。

  几种滤波器的构成如图2所示。在图2(a)中,阻抗Z=1/(ωC1),高频区域用陶瓷电容、聚酯薄膜电容并联,其滤波效果更好。图2(b)中,噪声能通过电容旁路到地线上,这种滤波器连接时应使接地阻抗尽量小。图2(c)中,C1、C2对不对称噪声有良好的滤波效果,C3对对称噪声有良好的滤波效果,连接时应使电容器的引绕行电感线及接地线尽量短。图2(d)为常用的噪声滤波电路,L1、L2对噪声呈现高阻抗,而C1则对噪声呈现低阻抗。当L1、L2采用共模电感结构时,对对称和非对称噪声都有较好的滤波效果。图2(e)适用于共模噪声进行滤波,应注意的是其接地阻抗同样应尽量小。

  

  图3是对共模噪声和差模噪声都有效的滤波器电路。其中,L1、L2、C1为抑制差模噪声回路,L3、C2、C3构成抑制共模噪声回路。L1、L2的铁心应选择不易磁饱和的材料及M-F特性优良的铁心材料。C1使用陶瓷电容或聚酯薄膜电容,应有足够的耐压值,其容量一般取0.22µF -0.47µF。L3为共模电感,对共模噪声具有较高的阻抗、较好的抑制效果。

  

  6 EMI滤波器选用与安装

  开关电源EMI滤波器中的4只电容器用了两种不同的下标“x”和“y”,不仅说明了它们在滤波网络中的作用,还表明了它们在滤波网络中的安全等级。无论是选用还是设计EMI滤波器,都要认真的考虑Cx和Cy的安全等级。在实际应用中,Cx电容接在单相电源线的L和N之间,它上面除加有电源额定电压外,还会叠加L和N之间存在的EMI信号峰值电压。因此,要根据EMI滤波器的应用场合和可能存在的EMI信号峰值,正确选用适合安全等级的Cx电容器。Cy电容器是接在电源供电线L、N与金属外壳(E)之间的,对电感磁环于220V、50Hz电源,它除符合250V峰值电压的耐压要求外,还要求这种电容器在电气和机械性能方面具有足够的安全裕量,以避免可能出现的击穿短路现象。

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