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          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策

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          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策

          開關電源電磁干擾的產生機理及其傳播途徑


          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策

          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策

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          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策

          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策


          Flyback架構noise在頻譜上的反應


          0.15MHz處產生的振蕩是開關頻率的3次諧波引起的干擾;
          0.2MHz處產生的振蕩是開關頻率的4次諧波和Mosfet振蕩2(190.5KHz)基波的迭加,引起的干擾;所以這部分較強;
          0.25MHz處產生的振蕩是開關頻率的5次諧波引起的干擾;
          0.35MHz處產生的振蕩是開關頻率的7次諧波引起的干擾;
          0.39MHz處產生的振蕩是開關頻率的8次諧波和Mosfet振蕩2(190.5KHz)基波的迭加引起的干擾;
          1.31MHz處產生的振蕩是Diode振蕩1(1.31MHz)的基波引起的干擾;
          3.3MHz處產生的振蕩是Mosfet振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾;
          開關管、整流二極管的振蕩會產生較強的干擾

          設計開關電源時防止EMI的措施


          1.把噪音電路節點的PCB銅箔面積最大限度地減小,如開關管的漏極、集電極、初次級繞組的節點等;
          2.使輸入和輸出端遠離噪音元件,如變壓器線包、變壓器磁芯、開關管的散熱片等等;
          3.使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線包、未遮蔽的變壓器磁芯和開關管等等)遠離外殼邊緣,因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線;
          4.如果變壓器沒有使用電場屏蔽,要保持屏蔽體和散熱片遠離變壓器;
          5.盡量減小以下電流環的面積:次級(輸出)整流器、初級開關功率器件、柵極(基極)驅動線路、輔助整流器
          6.不要將門極(基極)的驅動返饋環路和初級開關電路或輔助整流電路混在一起;
          7.調整優化阻尼電阻值,使它在開關的死區時間里不產生振鈴響聲;
          8.防止EMI濾波電感飽和;
          9.使拐彎節點和次級電路的元件遠離初級電路的屏蔽體或者開關管的散熱片;
          10.保持初級電路的擺動的節點和元件本體遠離屏蔽或者散熱片;
          11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端;
          12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線端子;
          13.使EMI濾波器對面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離;
          14.在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻;
          15.在磁棒線圈上并聯阻尼電阻;
          16.在輸出RF濾波器兩端并聯阻尼電阻;
          17.在PCB設計時允許放1nF/500V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻,跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間;
          18.保持EMI濾波器遠離功率變壓器,尤其是避免定位在繞包的端部;
          19.在PCB面積足夠的情況下,可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置,RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端;
          20.空間允許的話在開關功率場效應管的漏極和門極之間放一個小徑向引線電容器(米勒電容,10皮法/1千伏電容);
          21.空間允許的話放一個小的RC阻尼器在直流輸出端;
          22.不要把AC插座與初級開關管的散熱片靠在一起。

          開關電源EMI的特點


          作為工作于開關狀態的能量轉換裝置,開關電源的電壓、電流變化率很高,產生的干擾強度較大;干擾源主要集中在功率開關期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器,相對于數字電路干擾源的位置較為清楚;開關頻率不高(從幾十千赫和數兆赫茲),主要的干擾形式是傳導干擾和近場干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線,具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數的提取和近場干擾估計的難度。

          1MHZ以內—-以差模干擾為主,增大X電容就可解決;
          1MHZ—5MHZ—差模共?;旌?,采用輸入端并一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并解決;
          5M以上—以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法。對于外殼接地的,在地線上用一個磁環繞2圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);對于25–30MHZ不過可以采用加大對地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCBLAYOUT、輸出線前面接一個雙線并繞的小磁環,最少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器;
          30—50MHZ—普遍是MOS管高速開通關斷引起,可以用增大MOS驅動電阻,RCD緩沖電路采用1N4007慢管,VCC供電電壓用1N4007慢管來解決;
          100—200MHZ—普遍是輸出整流管反向恢復電流引起,可以在整流管上串磁珠;
          100MHz-200MHz之間大部分出于PFCMOSFET及PFC二極管,現在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果,水平方向基本可以解決問題,但垂直方向就很無奈了。
          開關電源的輻射一般只會影響到100M以下的頻段,也可以在MOS、二極管上加相應吸收回路,但效率會有所降低。


          1MHZ以內—-以差模干擾為主

          1.增大X電容量;
          2.添加差模電感;
          3.小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。



          1MHZ—5MHZ—差模共?;旌?/span>

          采用輸入端并聯一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并以解決。
          1.對于差模干擾超標可調整X電容量,添加差模電感器,調差模電感量;
          2.對于共模干擾超標可添加共模電感,選用合理的電感量來抑制;
          3.也可改變整流二極管特性來處理一對快速二極管如FR107一對普通整流二極管1N4007。



          5M以上—以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法

          對于外殼接地的,在地線上用一個磁環串繞2-3圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減作用;也可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔,銅箔閉環。處理后端輸出整流管的吸收電路和初級大電路并聯電容的大小。

          對于20–30MHZ

          1.對于一類產品可以采用調整對地Y2電容量或改變Y2電容位置;
          2.調整一二次側間的Y1電容位置及參數值;
          3.在變壓器外面包銅箔、變壓器最里層加屏蔽層,調整變壓器的各繞組的排布;
          4.改變PCBLAYOUT;
          5.輸出線前面接一個雙線并繞的小共模電感;
          6.在輸出整流管兩端并聯RC濾波器且調整合理的參數;
          7.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE;
          8.在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容;
          9.可以用增大MOS驅動電阻。



          30—50MHZ普遍是MOS管高速開通關斷引起

          1.可以用增大MOS驅動電阻;
          2.RCD緩沖電路采用1N4007慢管;
          3.VCC供電電壓用1N4007慢管來解決;
          4.或者輸出線前端串接一個雙線并繞的小共模電感;
          5.在MOSFET的D-S腳并聯一個小吸收電路;
          6.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE;
          7.在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容;
          8.PCB心LAYOUT時大電解電容,變壓器,MOS構成的電路環盡可能的??;
          9.變壓器,輸出二極管,輸出平波電解電容構成的電路環盡可能的小。
          50—100MHZ普遍是輸出整流管反向恢復電流引起
          1.可以在整流管上串磁珠;
          2.調整輸出整流管的吸收電路參數;
          3.可改變一二次側跨接Y電容支路的阻抗,如PIN腳處加BEADCORE或串接適當的電阻;
          4.也可改變MOSFET,輸出整流二極管的本體向空間的輻射(如鐵夾卡MOSFET,鐵夾卡DIODE,改變散熱器的接地點);
          5.增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射。
          200MHZ以上開關電源已基本輻射量很小,一般可過EMI標準。



          傳導方面EMI對策


              傳導冷機時在0.15-1MHZ超標,熱機時就有7DB余量。主要原因是初級BULK電容DF值過大造成的,冷機時ESR比較大,熱機時ESR比較小,開關電流在ESR上形成開關電壓,它會壓在一個電流LN線間流動,這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個電解電容之間加一個差模電感………

          EMC硬件設計規范與濾波器使用注意事項

          硬件EMC規范講解

          電磁干擾的三要素是干擾源、干擾傳輸途徑、干擾接收器。EMC就圍繞這些問題進行研究。最基本的干擾抑制技術是屏蔽、濾波、接地。它們主要用來切斷干擾的傳輸途徑。廣義的電磁兼容控制技術包括抑制干擾源的發射和提高干擾接收器的敏感度,但已延伸到其他學科領域。

          本規范重點在單板的EMC設計上,附帶一些必須的EMC知識及法則。在印制電路板設計階段對電磁兼容考慮將減少電路在樣機中發生電磁干擾。問題的種類包括公共阻抗耦合、串擾、高頻載流導線產生的輻射和通過由互連布線和印制線形成的回路拾取噪聲等。

          在高速邏輯電路里,這類問題特別脆弱,原因很多:

          1、電源與地線的阻抗隨頻率增加而增加,公共阻抗耦合的發生比較頻繁;
          2、信號頻率較高,通過寄生電容耦合到步線較有效,串擾發生更容易;
          3、信號回路尺寸與時鐘頻率及其諧波的波長相比擬,輻射更加顯著。
          4、引起信號線路反射的阻抗不匹配問題。

          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策


          No.1 總體概念及考慮 

          1、五一五規則,即時鐘頻率到5MHz或脈沖上升時間小于5ns,則PCB板須采用多層板。

          2、不同電源平面不能重疊。

          3、公共阻抗耦合問題。

          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策

          由于地平面電流可能由多個源產生,感應噪聲可能高過模電的靈敏度或數電的抗擾度。

          解決辦法:

          ①模擬與數字電路應有各自的回路,最后單點接地;
           
          ②電源線與回線越寬越好;
           
          ③縮短印制線長度;
           
          ④電源分配系統去耦。

          4、減小環路面積及兩環路的交鏈面積。

          5、一個重要思想是:PCB上的EMC主要取決于直流電源線的Z

          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策

          No.2 布局

          下面是電路板布局準則:
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          1、 晶振盡可能靠近處理器

          2、 模擬電路與數字電路占不同的區域

          3、 高頻放在PCB板的邊緣,并逐層排列

          4、 用地填充空著的區域

          No.3 布線 

          1、電源線與回線盡可能靠近,最好的方法各走一面。
           
          2、為模擬電路提供一條零伏回線,信號線與回程線小與5:1。
           
          3、針對長平行走線的串擾,增加其間距或在走線之間加一根零伏線。
           
          4、手工時鐘布線,遠離I/O電路,可考慮加專用信號回程線。
           
          5、關鍵線路如復位線等接近地回線。
           
          6、為使串擾減至最小,采用雙面#字型布線。
           
          7、高速線避免走直角。
           
          8、強弱信號線分開。
           
          No.4 屏蔽

          1、屏蔽 > 模型:
          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策

          屏蔽效能SE(dB)=反射損耗R(dB)+吸收損耗A(dB)

          高頻射頻屏蔽的關鍵是反射,吸收是低頻磁場屏蔽的關鍵機理。

          2、工作頻率低于1MHz時,噪聲一般由電場或磁場引起,(磁場引起時干擾,一般在幾百赫茲以內),1MHz以上,考慮電磁干擾。單板上的屏蔽實體包括變壓器、傳感器、放大器、DC/DC模塊等。更大的涉及單板間、子架、機架的屏蔽。

          3、 靜電屏蔽不要求屏蔽體是封閉的,只要求高電導率材料和接地兩點。電磁屏蔽不要求接地,但要求感應電流在上有通路,故必須閉合。磁屏蔽要求高磁導率的材料做 封閉的屏蔽體,為了讓渦流產生的磁通和干擾產生的磁通相消達到吸收的目的,對材料有厚度的要求。高頻情況下,三者可以統一,即用高電導率材料(如銅)封閉并接地。

          4、對低頻,高電導率的材料吸收衰減少,對磁場屏蔽效果不好,需采用高磁導率的材料(如鍍鋅鐵)。

          5、磁場屏蔽還取決于厚度、幾何形狀、孔洞的最大線性尺寸。

          6、磁耦合感應的噪聲電壓UN=jwB.A.coso=jwM.I1,(A為電路2閉合環路時面積;B為磁通密度;M為互感;I1為干擾電路的電流。降低噪聲電壓,有兩個途徑,對接收電路而言,B、A和COS0必須減??;對干擾源而言,M和I1必須減小。雙絞線是個很好例子。它大大減小電路的環路面積,并同時在絞合的另一根芯線上產生相反的電動勢。

          7、防止電磁泄露的經驗公式:縫隙尺寸<λmin/20。好的電纜屏蔽層覆視率應為70%以上。

          No.5 接地

          1、300KHz以下一般單點接地,以上多點接地,混合接地頻率范圍50KHz~10MHz。另一種分法是:< 0.05λ單點接地;< 0.05λ多點接地。

          2、好的接地方式:樹形接地
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           3、信號電路屏蔽罩的接地。
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          接地點選在放大器等輸出端的地線上。

          4、對電纜屏蔽層,L< 0.15λ時,一般均在輸出端單點接地。L<0.15λ時,則采用多點接地,一般屏蔽層按0.05λ或0.1λ間隔接地?;旌辖拥貢r,一端屏蔽層接地,一端通過電容接地。

          5、對于射頻電路接地,要求接地線盡量要短或者根本不用接線而實現接地。最好的接地線是扁平銅編織帶。當地線長度是λ/4波長的奇數倍時,阻抗會很高,同時相當λ/4天線,向外輻射干擾信號。

          6、單板內數字地、模擬地有多個,只允許提供一個共地點。

          7、接地還包括當用導線作電源回線、搭接等內容。

          No.6 濾波

          1、選擇EMI信號濾波器濾除導線上工作不需要的高頻干擾成份,解決高頻電磁輻射與接收干擾。它要保證良好接地。分線路板安裝濾波器、貫通濾波器、連接器濾波器。從電路形式分,有單電容型、單電感型、L型、π型。π型濾波器通帶到阻帶的過渡性能最好,最能保證工作信號質量。

          一個典型信號的頻譜:
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          2、選擇交直流電源濾波器抑制內外電源線上的傳導和輻射干擾,既防止EMI進入電網,危害其它電路,又保護設備自身。它不衰減工頻功率。DM(差摸)干擾在頻率 < 1mhz時占主導地位。cm在> 1MHz時,占主導地位。
           
          3、使用鐵氧體磁珠安裝在元件的引線上,用作高頻電路的去耦,濾波以及寄生振蕩的抑制。
           
          4、盡可能對芯片的電源去耦(1-100nF),對進入板極的直流電源及穩壓器和DC/DC轉換器的輸出進行濾波(uF)。
          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策
          注意減小電容引線電感,提高諧振頻率,高頻應用時甚至可以采取四芯電容。電容的選取是非常講究的問題,也是單板EMC控制的手段。

          No.7 其它

          單板的干擾抑制涉及的面很廣,從傳輸線的阻抗匹配到元器件的EMC控制,從生產工藝到扎線方法,從編碼技術到軟件抗干擾等。一個機器的孕育及誕生實際上是EMC工程。最主要需要工程師們設計中注入EMC意識。在實驗測試過程中,我們常遇到這樣的情況:雖然設計工程師在設備電源線上接了電源濾波器,但是該設備還是不能通過”傳導騷擾電壓發射”測試,工程師懷疑濾波器的濾波效果不好,不斷更換濾波器,仍不能得到理想的效果。
          EMC開關電源和濾波器電磁兼容整改對策

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          EMC寄語隨著時代的發展,越來越多的電子、電氣設備或系統產品都需要進行檢驗檢測,其中EMC測試是必備的檢驗檢測指標之一。但EMC測試項目費用較貴,EMC實驗室造價昂貴,絕大部分測量設備又需要采用進口設備,導致很少檢驗檢測機構有能力建造EMC實驗室。產品的EMC性能是設計階段賦予的,一般電子產品設計時如果不考慮EMC因素,就會很容易導致EMC測試失敗,以致不能通過相關EMC法規的測試或認證。例如,產品設計研發工程師們根據需求,設計出效果良好的濾波電路,置入產品I/O(輸入/輸出)接口的前級,可使因傳導而進入系統的干擾噪聲消除在電路系統的入口處;設計出隔離電路(如變壓器隔離和光電隔離等)解決通過電源線、信號線和地線進入電路的傳導干擾,同時阻止因公共阻抗、長線傳輸而引起的干擾;設計出能量吸收回路,從而減少電路、器件吸收的噪聲能量;通過選擇元器件和合理安排的電路系統,使干擾的影響減少。

          歡迎關注:這里可得到EMC技術與質量領域相關的書籍、學習干貨、技巧、項目案例以及各類資訊等!所含息息相關的EMC、計量、檢驗檢測、項目開發設計及生活經驗技巧、新能源、醫療、軍品等各領域…

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          EMC測試

          打印機電磁兼容EMC輻射RE超標整改案例

          2021-7-4 22:06:50

          EMC測試

          攝像頭電磁兼容EMI解決方案

          2021-7-7 22:16:50

          0 條回復 A文章作者 M管理員
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