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降低電源模塊EMI的方案分析

2020-06-29

隨著電路集成化、模塊化,電路分析和設(shè)計(jì)可以說(shuō)成是系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì),EMI方案研究會(huì)對(duì)今后的電子產(chǎn)品性能提高有顯著影響。電子產(chǎn)品的日益普及,以及對(duì)電磁危害的逐漸認(rèn)識(shí),減小電磁干擾EMI已經(jīng)成為了目前電子科學(xué)界的重要課題。下面分析下如何降低電源模塊EMI


模塊電源產(chǎn)品通常設(shè)計(jì)用于通過(guò)國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)或CISPR和聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)標(biāo)準(zhǔn)。CISPR標(biāo)準(zhǔn)通常僅涉及電磁兼容性(EMC)發(fā)射測(cè)試方法和限制。一般電源模塊都具有五面屏蔽,有效地包含相鄰組件的輻射發(fā)射。但是面向印刷電路板(PC)的第六側(cè)未被屏蔽,建議將接地平面放置在轉(zhuǎn)換器下方并連接到殼體上,可以控制轉(zhuǎn)換器發(fā)出EMI


如:電源模塊采用金屬屏蔽結(jié)構(gòu),廠家可以提供CERE數(shù)據(jù)表曲線,基極電鍍轉(zhuǎn)換器可提供更好的近場(chǎng)B場(chǎng)輻射保護(hù)。在大多數(shù)頻率下,基座電鍍轉(zhuǎn)換器比開(kāi)放式框架設(shè)計(jì)安靜約10 dB/μM


降低EMI解決方案分析:

穩(wěn)壓器,通過(guò)源頭衰減傳導(dǎo)和輻射能量,讓電源設(shè)計(jì)人員高枕無(wú)憂。最小化CE的另一種方法是使模塊的電壓路徑相鄰并相互平行,對(duì)稱性始終是CEEMI降低的良好形式,其下方有一個(gè)接地層,多條路徑也可以堆疊在一起。這類似于以雙絞線配置運(yùn)行兩條線,最適合消除共模噪聲。避免電路路徑在大環(huán)路中運(yùn)行,這將充當(dāng)天線。保持靠近電源導(dǎo)線,這將最大限度地減少環(huán)路面積并保持RE下降。


也可能需要外部輸入或輸出濾波器。如果是這樣,那么需要避免濾波器的雜散電感和電容產(chǎn)生的不良影響,不然可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電源系統(tǒng)的不穩(wěn)定或性能下降。


DC/DC電源模塊的輸入是低頻時(shí)的恒定功率。隨著電壓降低,電流增加,這將在輸入源處呈現(xiàn)負(fù)阻抗。當(dāng)輸入濾波器的阻抗和功率模塊阻抗的組合變?yōu)樨?fù)時(shí),轉(zhuǎn)換器將振蕩,從而導(dǎo)致不匹配。防止這種情況的一種方法是確保濾波器的輸出阻抗遠(yuǎn)小于所有頻率下功率模塊的輸入阻抗。


濾波器的諧振頻率顯示為ωf,其峰值與濾波器阻尼比成正比。因此,如果其最大阻抗接近功率模塊阻抗,則欠阻尼濾波器最有可能引起振蕩。轉(zhuǎn)換器輸出濾波器的諧振頻率顯示為ωo,任何外部輸出濾波器都會(huì)改變這一點(diǎn)。穩(wěn)健而穩(wěn)定的設(shè)計(jì)組合將是設(shè)計(jì)濾波器,使其峰值輸出阻抗(濾波器的諧振頻率)比功率模塊輸入阻抗(功率的諧振頻率)下降低十倍或更多模塊的輸出濾波器與任何外部輸出濾波器相結(jié)合。


X電容器連接在線路相位之間,可有效抵抗對(duì)稱干擾(差分模式)。Y電容器是EMI電容器,它們從輸入電源饋送到機(jī)殼接地,可有效抵抗非對(duì)稱干擾(共模)。有時(shí)它們也從每個(gè)轉(zhuǎn)換器的電源輸出端子連接到底盤接地。


同步電源模塊的好處是可以消除兩個(gè)或多個(gè)設(shè)備在彼此接近的頻率下工作所產(chǎn)生的拍頻。如果我們能夠以相同的頻率運(yùn)行多個(gè)電源模塊,則產(chǎn)生的任何EMC輻射都將具有相似的頻譜密度,從而更容易濾除該特定頻率。當(dāng)然,模塊電源必須有一個(gè)SYNCH引腳才能應(yīng)用外部頻率。某些模塊可以訪問(wèn)內(nèi)部振蕩器,然后該振蕩器可用于驅(qū)動(dòng)主/從配置中的其他模塊的SYNCH引腳。


有時(shí)將電源模塊或其他磁性元件旋轉(zhuǎn)90°(如變壓器和電感器),可以改善電源設(shè)計(jì)的EMI性能。即使是微妙的設(shè)計(jì)變化也會(huì)導(dǎo)致電源的EMI高于必要的EMI,設(shè)計(jì)人員需要了解噪聲源自何處,以及如何將噪聲降低到可接受的范圍。

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