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反激式开关电源EMI设计与整改(1)





传导设计与辐射整改是反激式开关电源的设计难点之一,芯朋微技术团队总结近几年的适配器EMI调试经验,通过变压器建模及变换器时频域仿真分析,提出了一套实用EMI设计整改方法,将分三期分享给各位粉丝。
本期为大家先容EMI法规及测试规范、反激变换器时频域分析方法、EMI理论基础及整改措施。








 1.EMI法规及测试规范  



      全电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。电源对外部干扰(EMI)适用表1标准。

表1 EMI标准

          


      电源对外部干扰的免疫能力(EMS)适用表2标准。

表2 EMS标准


      EMI与EMS存在密切关系,本文主要讨论射频的传导与辐射,其频率测试范围为150k-1GHz,最新标准EN55032明确规定了110Vac、230Vac两档测试电压,EMI测试方法及限值分别如下图所示。


图1 传导测试方法与限值


图2 辐射测试方法与限值


      可见,传导测试是有路径的,干扰通过传导电流或位移电流传至LISN;而辐射测试并无路径,干扰是通过空间交变电磁场来传播。


 2.反激变换器时频域分析方法  



      分段线性化为开关变换器的时域分析方法,如图3所示,反激变换器可分为四段分析。

T1磁化模态


Tr传输模态


T2消磁模态


T3振荡模态

图3 反激变换器四段工作模态


      在一个开关周期结束时,变压器储存的能量尚未释放完毕,没有T3振荡模态,定义为连续导电模式(CCM),否则称之为不连续导电模式(DCM)。

      傅里叶变换为开关变换器的频域分析方法,分连续傅里叶变换和离散傅里叶变换,分别定义如下:



     反激变换器主开关管的时频域仿真波形如图4所示。


(a) Vds时域波形


(b)Vds频谱分布

图4 反激变换器CCM与DCM时频域波形


      可见,开关波形的频谱分量是以开关频率的整数倍为中心展开且幅值随工作模式变化明显;工作模式是导致110Vac和230Vac的EMI测试结果差异的主要原因。


 3.EMI理论基础与整改措施  



      麦克斯韦方程组是分析EMI的理论基础,高斯电场和磁场定律描述了电场和磁场的性质:电磁是不完全对称的,不存在磁单极子却存在单一电荷,有N就有S,磁场线是闭合的。法拉第电磁感应定律揭示出变化的磁场产生电场。安培-麦克斯韦定律指出了传导电流和位移电流的存在,其中位移电流是电场随时间变化产生的电流,是传导定量分析的基础。



      根据干扰信号在开关电源中的传播路径可分为差模干扰与共模干扰:差模干扰是指L线与N线之间的干扰,而共模干扰是指L线或N线对PE之间的干扰。

      反激式开关电源的EMI整改措施归纳如下,威尼斯2020娱乐官网将在后两期为大家深入探讨。





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