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电源模块干扰来源和抑制措施

  干扰源、耦合途径和敏感设备并称电磁干扰三要素,对于电源模块来说,噪声的产生在于电流或电压的急剧变化,即di/dt或dv/dt很大,因此高功率和高频率运作的器件都是EMI噪声的来源。解决方法就是要将干扰三要素中的一个去除,如屏蔽干扰源、隔离敏感设备或切断耦合途径。因为无法让电磁干扰不产生,只能用一定的方法去减少其对系统的干扰,下面分析下常见的6个干扰来源和抑制措施。

  输入端是电源的入口处,内部的噪声可由此处传播到外部,对外界造成干扰。常用抑制措施是在输入加X电容和Y电容,及差模和共模电感对噪声和干扰进行过滤。输出端如果是有长引线的情况,电源模块跟系统搭配后,内部一些噪声干扰可能会由输出线而耦合到外界,干扰到其它用电设备。一般是加共模和差模滤波,还可以在输出线串套磁珠环、采用双绞线或屏蔽线,实现抑制EMI干扰。

  电源模块由于开关管结电容的存在,在工作时,开关管在快速开关后会产生毛刺和尖峰,开关管的结电容和变压器的绕组漏感也有可能产生谐振而发出干扰。

  1、开关管D和G极串加磁珠环,减小开关管的电流变化率,从而实现减小尖峰。

  2、在开关管处加缓冲电路或采用软开关技术,减小开关管在快速工作时的尖峰,使其电压或电流能缓慢上升。

  3、减小开关管与周边组件的压差,开关管结电容可充电的程度会得到一定的降低。

  变压器是电源模块的转换储能组件,在能量的充放过程中,会产生噪声干扰。漏感可以与电路中的分布电容组成振荡回路,使电路产生高频振荡并向外辐射电磁能量,从而造成电磁干扰。一次绕组与二次绕组之间的电位差也会产生高频变化,通过寄生电容的耦合,从而产生了在一次侧与二次侧之间流动的共模传导EMI电流干扰。

  1、变压器加屏蔽,电屏蔽是指将初级来的干扰信号与次级隔离开来。可在初、次级之间包一层铜箔(内屏蔽),但头尾不能短路,铜箔要接地,共模传导干涉信号通过电容-铜箔-接地形成回路,不能进入次级绕组从而起到电屏蔽的作用。磁屏蔽是在变压器外部线包包首尾相连的铜箔(外屏蔽)。铜箔是良导体,高频交变漏磁通穿过铜箔的时候会产生涡流,而涡流产生的磁场方向正好与漏磁通的方向相反,部分漏磁通就可以被抵消。

  2、采用三明治绕法,可以减少初级耦合至变压器磁芯的高频干扰。由于初级远离磁芯,次级电压低,故引起的高频干扰小。

  二极管在快速截止与导通的过程中会有尖峰的产生,特别是整流二极管,在反向恢复过程中,电路的寄生电感、电容会发生高频振荡,产生电磁干扰。

  抑制干扰方式有加RC吸收电路,让二极管的能量能平缓的泄放,或者在其阴极管脚套一个磁珠环,使其电流不可突变以减小尖峰。

  PCB是上述干扰源的耦合通道,PCB的优劣直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。同时其板上器件的布局和布线不合理都会造成干扰。

  布局布线、减少干扰最有效的方法就是减小各个电流回路的面积(磁场干扰)和带电导体的面积及长度(电场干扰)。

  3、PCB的电源线和地线要尽可能宽,以减小线阻抗,从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。

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