正激型開關(guān)電源輻射騷擾設(shè)計(jì)簡(jiǎn)析

楊志宏，趙五芹

（1.國(guó)家數(shù)字電子產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，深圳 518055；2.深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院，深圳 518055）

1 引言

開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備，但是開關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)一直是被研發(fā)人員所關(guān)注，主要是因?yàn)镋MC的設(shè)計(jì)因素多，如：線路設(shè)計(jì)的選擇；零器件的選擇；PCB Layout的設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本文主要對(duì)正激開關(guān)電源的干擾環(huán)路的來(lái)分析，通過電磁干擾的角度出發(fā)，分析其騷擾機(jī)理，提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，幫助企業(yè)在研發(fā)、生產(chǎn)的過程中有所借鑒。

2 輻射騷擾的機(jī)理

輻射騷擾主要是指能量以電磁波的形式由源發(fā)射到空間，或能量以電磁波形式在空間傳播的現(xiàn)象。輻射騷擾超標(biāo)的產(chǎn)品可能引起周圍裝置、設(shè)備或系統(tǒng)性能降低，干擾信息技術(shù)設(shè)備或其他電子產(chǎn)品的正常工作，并對(duì)人體造成一定危害。

EMI干擾的方式：差模干擾和共模干擾

差模電流輻射發(fā)射模型：

共模電流輻射發(fā)射模型：

根據(jù)上面的發(fā)射模型，我們發(fā)現(xiàn)輻射騷擾的大小跟距離成反比，跟電流、長(zhǎng)度、頻率和環(huán)路面積成正比。

EMI產(chǎn)生的主要原因就是電壓和電流的瞬間的快速變化引起的，即：dv/dt和di/dt。

3 正激電路機(jī)理與輻射騷擾源

（1）由于正激變換器起源于BUCK變換器，而BUCK變換器的功率心臟是儲(chǔ)能電感，因此正激變換器的功率心臟是扼流圈，而不是變壓器（如圖1），變壓器只負(fù)責(zé)變電壓，并沒有其他功能，功率能量的傳輸靠的是續(xù)流電感。而我們知道引起EMI的主要原因是dv/dt和di/dt，所以此時(shí)續(xù)流電感中的dv/dt和di/dt是變化最大的，因此續(xù)流電感是正激變換器中的主要輻射騷擾源之一。另外開關(guān)管，續(xù)流二極管也是輻射發(fā)射源，PCB Layout的布局是否合理所引起的干擾的環(huán)路面積的大小也會(huì)影響輻射騷擾。

圖1 正激變換器的功率心臟是扼流圈

（2）電。如圖2所示，正激電路的電流環(huán)路主要有輸入環(huán)路、功率開關(guān)環(huán)路、整流環(huán)路和輸出環(huán)路，每個(gè)環(huán)路的環(huán)路面積都會(huì)影響輻射騷擾的大小，根據(jù)發(fā)射模型可知，這幾個(gè)環(huán)路面積越小，輻射騷擾就越小。

圖2 正激電路的電流環(huán)路

4 輻射騷擾的測(cè)試

輻射測(cè)試通常在開闊試驗(yàn)場(chǎng)或半電波暗室進(jìn)行測(cè)量。（如圖3）被測(cè)物應(yīng)放在地平面以上規(guī)定的高度，并模擬正常運(yùn)行狀態(tài)來(lái)布置。天線按規(guī)定的距離放置。在水平內(nèi)旋轉(zhuǎn)被測(cè)物并記錄最大的讀數(shù)。再調(diào)節(jié)天線高度，使直射波接近或達(dá)到同相疊加。這些程序步驟可以變換，也可能需要重復(fù)，以便找出最大騷擾。

圖3 輻射測(cè)試布置圖

5 300W雙管正激電源輻射騷擾實(shí)測(cè)結(jié)果

實(shí)際對(duì)一款300W的雙管正激的電源輻射騷擾進(jìn)行測(cè)試、分析。

輻射測(cè)試數(shù)據(jù)（見圖4）：

圖4 輻射測(cè)試數(shù)據(jù)

電源輻射騷擾測(cè)試超標(biāo)分析：

a.根據(jù)正激電路機(jī)理和輻射騷擾源的分析得知，正激電路的主要輻射騷擾源之一就是續(xù)流電感，所以就必須針對(duì)續(xù)流電感本身的干擾和其所在的電流環(huán)路的面積大小考察。

b.輻射騷擾源另外一個(gè)就是功率開關(guān)環(huán)路的干擾，這個(gè)環(huán)路的主要干擾源就是開關(guān)管，開關(guān)管作為脈沖信號(hào)的實(shí)際執(zhí)行者，開關(guān)管內(nèi)的電流和三端的電壓在高速的通斷，所以會(huì)形成很大的di/dt和dv/dt，從而產(chǎn)生騷擾。

c輸出整流環(huán)路的整流二極管也是電流輸出環(huán)路的主要工作者，二極管的Ton和Toff的大小會(huì)影響輻射騷擾

d.PCB Layout的布局影響輻射騷擾，主要就是輸入環(huán)路、功率開關(guān)環(huán)路、整流環(huán)路和輸出環(huán)路，這幾個(gè)環(huán)路的面積要盡可能的小，因?yàn)楦鶕?jù)電路輻射發(fā)射模型的公式可以看出，環(huán)路面積的大小跟電流輻射發(fā)射成正比。

6 對(duì)策措施

根據(jù)輻射騷擾機(jī)理，針對(duì)正激電路原理和輻射超標(biāo)的分析，對(duì)策如下：

續(xù)流電感需要加屏蔽，實(shí)際樣品是給電源增加金屬外殼，減少續(xù)流電感的輻射騷擾（見圖5）

圖5 增加金屬外殼

開關(guān)管的D，S極之間加100pf的電容（見圖6），吸收開關(guān)管工作瞬間所產(chǎn)生di/dt。

圖6 開關(guān)管D，S極之間加100pf的電容

另外變壓器的兩端（冷熱地之間加Y1電容2200pf），一是吸收變壓器的本身產(chǎn)生的雜訊干擾，二是減少初次級(jí)之間的回路面積，降低變壓器的干擾。

輸出整流二極管增加RC吸收回路（R為100歐姆，C為1000pf），吸收二極管工作時(shí)產(chǎn)生的輻射騷擾。

7 對(duì)策后的測(cè)試結(jié)果如下（見圖7）

圖7 測(cè)試結(jié)果

8 結(jié)束語(yǔ)

電源的EMC 問題要以電源的工作原理為基礎(chǔ)，從干擾機(jī)理出發(fā)，根據(jù)EMC的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而正激電路電源的設(shè)計(jì)需要關(guān)注續(xù)流電感、開關(guān)管、輸出整流二極管、變壓器等主要輻射源，同時(shí)要注意PCB Layout，對(duì)電路的幾個(gè)主要環(huán)路面積進(jìn)行合理控制和布局，盡可能的減小其環(huán)路面積，其次對(duì)主要零器件的參數(shù)也需要合理選擇。