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​开关电源的电磁干扰抑制技术详解(上)

2022-08-05 15:42
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开关电源作为电子电路必不可少的电子元器件,应用广泛,由开关电源为核心的电路设计更是成百上千,所以开关电源一直以来是电子工程师的学习重点知识之一,但在设计开关电源电路,最大的问题是电磁干扰,那么我们如何抑制开关电源的电磁干扰?

一般来说,电磁干扰产生的三要素分别是干扰源、耦合途径、噪声接收器,因此抑制电磁干扰可以从这三要素来进行,也就是削弱干扰源的能量,切断干扰的耦合途径及增强系统抗干扰能力,所以如下:

1、PCB优化设计

PCB 的优化设计是抑制电磁干扰最有效也是最经济的方法,主要的抑制技术包括PCB的布线,元器件布局和接地。在设计PCB时,我们可以大致按照以下原则来进行:

①按照器件的功能和类型进行布局,对于功能相近的器件放置在一个区域有利于减小布线长度;

②按照电源类型进行布局。按照不同电压,不同电路类型分开布局,这样有利于分割,也有利于信号的回流和两种地平面之间的稳定;

③要考虑共地点的放置,遵循“一点接地”的原则,将一个导电平面作为参考地,如果电路存在跨地信号,就可能导致信号无法回流,产生很大的电磁干扰;

④通路的导线应尽可能粗并且短。

2、无源滤波

利用EMI滤波器是抑制EMI最常用的方法之一,选择适当的滤波器结构和元器件参数对抑制电磁干扰有较好的效果。差模干扰和共模干扰分别用差模滤波元件和共模滤波元件进行衰减,这些滤波元件包括滤波电容C和滤波电感L。如图所示,该图是一个典型的EMI滤波器结构,其中Cx表示差模电容,用来抑制差模EMI,Cy接地且成对出现作为共模电容,L1是共模电感,即共模扼流圈,它是由两个绕相相反,匝数相同的绕组构成,当市网工频电流流过其中一个绕组时,便从另一个绕组中流出,这样产生的磁场抵消,对工频电流没有衰减作用。但当电流中存在共模噪声时,由于共模噪声是同方向的,经过绕组时产生的磁场相互叠加,对于共模噪声而言,共模电感具有较大的阻抗,这样就对共模干扰产生抑制作用。实际上构成共模扼流圈的两个绕组的感值不可能完全相等,恰巧它们的感值差可以作为差模电感,用来充当抑制差模干扰的滤波电感。在设计共模扼流圈的过程中,巧妙地利用这个特点,可以在不含差模滤波电感的情况下就能有效的抑制差模EMI,这样可以大大的节省EMI滤波器的体积,降低产品的成本。

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由于文章篇幅所限之,将此文分为两段,欲看下篇可点击《开关电源的电磁干扰抑制技术详解(下)》。


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