產(chǎn)生電磁干擾有3個必要條件:干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感設(shè)備,emc設(shè)計的目的就是破壞這3個條件中的一個。針對于此,主要采取的方法有:電路措施、emi濾波、屏蔽、印制電路板抗干擾設(shè)計等。
1 降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲的軟開關(guān)技術(shù)
軟開關(guān)是在硬開關(guān)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種基于諧振技術(shù)或利用控制技術(shù)實現(xiàn)的在零電壓/電流狀態(tài)下的先進開關(guān)技術(shù)。
軟開關(guān)的實現(xiàn)方法是:在原電路中增加小電感、電容等諧振元件,在開關(guān)過程前后引入諧振,消除電壓、電流的重疊。圖2給出了一種使用軟開關(guān)技術(shù)的基本開關(guān)單元。
圖2 降壓斬波器中的基本開關(guān)單元
2 減小干擾源干擾能量的緩沖電路
在開關(guān)控制電源的輸入部分加入緩沖電路(見圖3),其由線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)組成,用于消除電力線干擾、電快速瞬變、電涌、電壓高低變化和電力線諧波等潛在的干擾。緩沖電路器件參數(shù)為d1為mur460,r1=500ω,c=6nf,l=36mh,r=150ω。
圖3 緩沖電路
3 切斷干擾噪聲傳播路徑的emi濾波
在開關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝emi濾波器,是抑制傳導(dǎo)發(fā)射的一個很有效方法。其參數(shù)主要有:放電電阻、插入損耗、cx電容、cy電容和電感值。其中,插入損耗是濾波器性能的一個關(guān)鍵參數(shù)。在考慮機械性能、環(huán)境、成本等前提下,應(yīng)該盡量使插入損耗大一些。用共模、差模干擾的測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限值,加上適當(dāng)?shù)脑A靠傻玫綖V波器的插入損耗il。
ilcm(db)=vcm(db)-vlimt(db)-3(db)+m(db) (1)
ildm(db)=vdm(db)-vlimt(db)-3(db)+m(db) (2)
式中,3db表示在分離共模、差模傳導(dǎo)干擾的測試過程中測試結(jié)果比實際值大3db;m(db)表示設(shè)計裕量,一般取6db;vlimit(db)為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如cispr,fcc等規(guī)定的傳導(dǎo)干擾限值。
圖4是220v/50hz交流輸入的開關(guān)電源交流側(cè)emi濾波器的電路。cy=3300pf,l1、l2=0.7mh,它們構(gòu)成共模濾波電路,抑制0.5~30mhz的共模干擾信號。cx=0.1μf,l3、l4=200~500μh,采用金屬粉壓磁芯,與l1/l2、cx構(gòu)成l-n端口間低通濾波器,用于抑制電源線上存在的0.15~ 0.5mhz差模干擾信號。r用于消除可能在濾波器中出現(xiàn)的靜電積累。
圖4 開關(guān)電源交流側(cè)emi濾波器電路
圖5是開關(guān)電源的直流輸出側(cè)濾波電路,它由共模扼流圈l1、l2,扼流圈l3和電容c1、c2組成。為了防止磁芯在較大的磁場強度下飽和而使扼流圈失去作用,磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場強度大的恒μ磁芯。
圖5 支流側(cè)濾波電路
4 用屏蔽來抑制輻射及感應(yīng)干擾
開關(guān)電源干擾頻譜集中在30mhz以下的頻段,直徑r<λ/2π,主要是近場性質(zhì)的電磁場,且屬低阻抗場??捎脤?dǎo)電良好的材料對電場屏蔽,而用導(dǎo)磁率高的材料對磁場屏蔽。此外,還要對變壓器、電感器、功率器件等采取有效的屏蔽措施。屏蔽外殼上的通風(fēng)孔最好為圓形,在滿足通風(fēng)的條件下,孔的數(shù)量可以多,每個孔的尺寸要盡可能小。接縫處要焊接,以保證電磁的連續(xù)性。屏蔽外殼的引入、引出線處要采取濾波措施。對于電場屏蔽,屏蔽外殼一定要接地。對于磁場屏蔽,屏蔽外殼不需接地。
5 合理的pcb布局及布線
敏感線路主要是指控制電路和直接與干擾測量設(shè)備相連的線路。要降低干擾水平,最簡單的方法就是增大干擾源與敏感線路的間距。但由于受電源尺寸的限制,單純的增大間距并非解決問題的最佳途徑,更為合理的方法是根據(jù)干擾電場的分布情況將敏感線路放在干擾較弱的地方。pcb抗干擾布局設(shè)計流程如圖6所示。
圖6 pcb抗干擾布局設(shè)計流程