壹、开关电源传带EMI 产生的根源

  1、测试传带EMI 的线路图

  

  LISN— Line Impedance Stabilization Network 源阻抗摆荡网绕(人工电源网绕)。

  LISN 是电力体系中电磁兼容中的壹项要紧辅弼设备。它却以割裂电网烦扰,供摆荡的测试阻抗,并宗到滤波的干用。

  LISN 是在终止传带烦扰开枪测试中,为了客不清雅地考勤政受试设备(DUT)的烦扰,在电网与受试设备之间参加以的网绕。该网绕具拥有以下干用:

  1)、在规则的频比值范畴内供壹个规则的摆荡的线路阻抗。鉴于电网受各种要斋影响,使其线路阻抗不摆荡。不过,在传带烦扰的测中,阻抗是什分要紧的。为了用电压法在终止传带开枪电压的测中能拥有壹个壹致的测试环境,而报还的拟制壹个摆荡的线路阻抗。普畅通在射频段供50ω网绕阻抗。

  2)、LISN 将电网与受试设备终止割裂。供应DUT 的电源必须是纯真的。不然,电网将会向DUT 流入烦扰,EUT 也会向电网馈入烦扰,此雕刻就会在EMC剖析仪上搞不清哪些是EUT 上的烦扰。因此,条要将二者割裂,测结实才是拥有效的。

  3)、使用LISN 的高畅通滤波器使DUT 产生的烦扰记号耦合到EMC 剖析仪上,并阻挡电网电压加以到EMC 剖析仪。供电电源却以是直流动,也却以是提交流动,图中用直流动电压源体即兴,负载用直流动电流动源体即兴。

  A:在供电电源低频段,上述EMI 测试线路却等效为:

  

  此雕刻L1 和L2 却等效为短路,C1 和C2 却等效为开路,低频电流动(功比值电流动片断)不会流动入LISN 的两个测试电阻,LISN 不影响开关电源的正日工干点。

  B:在EMI 规范规则的频段内,上述EMI 测试线路却等效为:

  

  此雕刻L1 和L2 却等效为开路,C1 和C2 却等效为短路,无高频分量的输入电压源和负载也却区别等效为短路及开路,开关电源用其EMI 等效电路等效,它产生的EMI 因LISN 的存放在,不会流动进输入,而直接流动进LISN 的两个电阻,其等效电路如次:

  

  电阻R1 和电阻R2 两端的电压却以用如次式儿子终止标注示:

  

  V1(t) 和 V2(t) 区别是线1和线2上的EMI噪声电压,测试时用其频谱标注示,单位为dB/uV,从此雕刻个等效电路却初步判佩,开关电源产生传带EMI 的根源是开关电源内的高频源及到负载之道路的阻抗。还愿直流动电源的差模噪声是由摇晃的(脉触动)电流动产生的——但差模噪声源与电压源(电流动在阻抗上结合壹定的电压)更为相像。另壹方面,共模噪声是由摇晃的电压惹宗的(快快变募化的电压在寄生电容上结合快快变募化的电流动),但共模噪声源更像是电流动源。此雕刻正是共模噪声更“顽强”的缘由,像任何电流动源壹样,它们要寻求拥有流动畅通的邮路。鉴于其道路带拥有机架,因此外面壳成了英公了高频天线。

  2、产生传带EMI的根源

  壹个开关电源的传带EMI 等效电路,却用下面的普畅通构造加以以体即兴:

  

  从传带EMI 等效电路却知,产生传带EMI 的根源拥有叁个,壹个是EMI 源(在开关电源中,日日是功比值开关器件电压或电流动波形中的提交流动分量),壹个是EMI 道路(与详细拓扑构造拥关于),又壹个是EMI 的负载。等效电路中的EMI负载是永恒的50ω电阻,而更换的是EMI 源及EMI 道路(用EMI 阻抗等效)。何以决定用不一功比值更换器、不一把持方法等等完成的开关电源之传带EMI 等效电路是剖析和设计传带EMI 滤波器的关键,同时亦知道按捺传带EMI 的拥有力顺手眼。

  二、开关电源的传带EMI 等效电路

  2、反激式开关电源的传带EMI 等效电路

  (1)电路规律图

  

  (2)两种工干花样

  在半个电网周期内,输入整顿流动桥拥有两种父亲的工干花样,即:整顿流动桥工干花样Ⅰ和整顿流动桥不工干花样Ⅱ。

  

  (3)工干花样Ⅰ的EMI 等效电路铰带

  3-A、工干花样Ⅰ的等效电路(正负半周工干壹样)

  

  在工干花样Ⅰ的情景下,两种工干工干花样在正负半周邑会出产即兴,此雕刻整顿流动桥是带畅通工干的。

  3-A-1:工干花样Ⅰ在拥有LISN 时的等效电路

  

  3-A-2:工干花样Ⅰ在拥有LISN 时的等效受控源电路

  

  开关更换器的时变要斋与匪线性要斋首要是由开关元件招致的。为了使更换器的等效电路成为线性电路,开关元件平分模具法采取了对开关元件直接终止剖析的方法。

  比值先对开关元件的电压或电流动变量在壹个开关周期内寻求平分,并用以该平分变量为参数的受控源顶替开关元件,违反掉落等效的平分参数电路。平分参数等效电路免去了变量波形中因开关举止惹宗的脉触动,即免去了时变要斋,但依然是壹个匪线性电路。此雕刻么的电路鉴于同时包罗了直流动分量与提交流动分量的干用,称为父亲记号等效电路。

  其次,若使父亲记号等效电路中的各平分变量均等于其对应的直流动分量,同时考虑到直流动电路中固定态时电感相当于短路、电容相当于开路,却以违反掉落更换器的直流动等效电路,直流动等效电路为线性电路;若使父亲记号等效电路中的各平分变量分松为相应的直流动分量与提交流动小记号分量之和,即佩退扰触动,并忽略小记号分量的迨积项(即二阶庞微少量)使其线性募化,又剔摒除各变量中的直流动量,却以违反掉落更换器的小记号等效电路,小记号等效电路也为线性电路。却见,开关元件平分模具法的指点思惟依然是寻求平分、佩退扰触动和线性募化。

  上图中开关管Q 等效为受控电压源,整顿流动二极管D 等效为受控电流动源。拥有源开关Q 时而接畅通是输入电压Vg,时而短路,用样儿子变量输入电压的平分值表征拥有源开关元件Q 的端电压是靠边的,故此用壹个电压把持的受控电压源到来顶替拥有源开关管Q;无源开关D 时而接畅通副边电感电流动,时而开路,鉴于电感电流动是壹个样儿子变量,用电感电流动的平分值表征无源开关元件D 的平分电流动亦靠边的,故此用壹个电流动把持的受控电流动源顶替无源开关元件D。

  3-A-3:工干花样Ⅰ在拥有LISN 时的等效受控源平分电路(直流动等效)

  

  上图直流动等效电路图中,电感L1 和L2 等效为短路,电容等效为开路。

  3-A-4:工干花样Ⅰ在拥有LISN 时的等效受控源平分电路(提交流动等效)

  

  在提交流动等效中,输入负载、电感等效开路,电容、供电电源等效短路。从图中却以看到,开关管 Q的提交流动分量Vds(ac)(t)和二极管 D 的提交流动分量Id(ac)(t)却以终止傅里叶更换,分松成不一频比值成分的正弦波,频比值不比样,阻抗也跟遂更换,又使用叠加以规律将不一频比值成分结合的频谱幅度终止相加以。

  3-B-1:工干花样Ⅰ在原边MOSFET 直流动电压分量孤立干用下的EMI 等效电路

  

  在MOSFET 直流动电压分量孤立干用下,副边电流动源开路,鉴于副边流动度过电流动为洞,因此原边电流动也为洞,在此变压器就不宗干用了,条要励磁电感Lm,将上述电路图信募化其等效电路图为:

  

  在MOSFET 孤立干用下,其差模成分道路为:

  

  就中,差模成分分两条顶路,壹条如白色所示,另壹条如蓝色所示。在此等效电路中,滤波电容CB 壹条顶路给差模成分供了道路,却以知道假设减小滤波电容CB 的阻抗,则对差模成分分流动更多,在电阻R1 和R2 结合的电压会更小,仪器检测幅值更低,普畅通我们邑拔取等效并联阻抗较小的滤波电容。另壹条顶路中拥有激磁电感Lm,单从差模成分的按捺方面考虑,添加以激磁电感Lm 的值却以添加以阻抗,对差模成分也拥有良好的按捺造用。

  在MOSFET 孤立干用下,其共模成分道路为:

  

  却知,要想拥有效减小共模成分,则必需要减小寄生电容Cpq 的容值,添加以共模流动经道路的拥有效阻抗。

  工干花样Ⅰ在原边MOSFET 直流动电压分量孤立干用下的EMI 终极等效电路为:

  

  在差模EMI 等效电路中,电阻R1 和电阻R2 处于并联流动经差模电流动,在电阻R1 和电阻R2 两端区别产生电压为Vdm(t),故在电阻R1 和电阻R2 并联等效电阻100ω上产诞生Vdm(t)。激磁电感Lm 感抗越父亲对差模按捺越好,对差模分量到来说,CCM 花样比DCM 差模要好。

  

  工干花样Ⅰ在原边MOSFET 直流动电压分量孤立干用下的EMI 终极等效电路

  

  

  3-B-2:工干花样Ⅰ在副边二极管直流动电流动分量孤立干用下的EMI 等效电路。

  

  在低频(150KHz)情景下,忽略变压器寄生电容(在高频情景下变压器层间电容、原副边电容不能忽视)。鉴于整顿流动二极管对地电容无法结合共模邮路,故在LISN 负载上无共模噪声。

  工干花样Ⅰ在副边二极管直流动电流动分量孤立干用下的EMI 终极等效电路

  

  差模EMI 等效电路

  

  鉴于在低频情景下,副边二极管对地寄生电容无法结合共模邮路,故没拥有拥有共模EMI 等效电路。

  (4)工干花样Ⅱ的EMI 等效电路铰带

  4-A:工干花样Ⅱ-Ⅰ的等效电路

  

  在工干花样Ⅱ中,当D1-D4 邑截止时,在LISN 上没拥有拥有传带EMI 噪声,由下面的测试EMI 的等效电路却知,因没拥有拥有噪声道路,故不会产生传带EMI 噪声。此雕刻种工干花样也却称为工干花样Ⅱ-Ⅰ。

  

  4-B:工干花样Ⅱ-Ⅱ的等效电路

  在工干花样Ⅱ中,会出产即兴D1-D4 中的壹个二极管带畅通,其他叁个二极管截止的情景,在此雕刻种情景下的EMI 等效电路与二极管整顿个截止时的等效电路不一,与工干花样Ⅰ中的EMI 等效电路不一,此雕刻种情景称为Ⅱ-Ⅱ(匪固拥有差模噪声)。

  缘由:在开关电压变募化时,会出产即兴壹个瞬间的电容充放电电流动,此电流动经Cpq、父亲地和LISN 中的壹条顶路,在电流动最父亲值不能使整顿流动桥中的壹个二极管守陈旧时,其情景就同前面所伸见的,整顿流动桥中的四个二极管均截止,不会产生噪声;

  当此电流动使整顿流动桥中的壹个二极管带畅通(如0<VAB<VCD时的二极管D1),则其他二极管邑会因反偏而截止,原本当此雕刻个电流动减小到洞后,二极管D1 该当截止,当鉴于整顿流动桥中的二极管是什分缓快的,它无法在开关周期内被关断,因此便招致此雕刻个二极管在0<VAB<VCD壹直带畅通;此雕刻么整顿流动桥固然不工干,但拥有壹个二极管是带畅通的。

  下面剖析在整顿流动桥不工干但拥有壹个二极管带畅通时(假定D1 带畅通)的EMI 等效电路。

  

  4-B-1:工干花样Ⅱ-Ⅱ在拥有LISN 时的等效受控源平分电路(直流动等效)

  

  4-B-2:工干花样Ⅱ-Ⅱ在拥有LISN 时的等效受控源EMI 电路(提交流动等效)

  

  4-C-1:工干花样Ⅱ-Ⅱ在原边MOSFET 直流动电压分量孤立干用下的EMI 等效电路

  

  上述等效电路中白色虚线体即兴共模邮路,无差模邮路。条是条要电阻R1 拥有噪声,却以还愿了松为差模噪声。

  工干花样Ⅱ-Ⅱ在原边MOSFET 直流动电压分量孤立干用下的EMI 终极等效电路

  

  根据前面的剖析,单壹元件终止干用时差模邮路和共模邮路的道路,却以得出产:

  

  当拥有EMI 滤波器时,此雕刻个噪声中的差模噪声却以被转募化为共模噪声,如4-C-1工干花样中的等效电路,参加以差模电容Cx。

  4-C-1:工干花样Ⅱ-Ⅱ在原边MOSFET 直流动电压分量孤立干用下的EMI 等效电路

  

  鉴于EMI 滤波器中的差模电容Cx,却使花样Ⅱ-Ⅱ中的差模噪声转募化为共模噪声。

  4-C-2:工干花样Ⅱ-Ⅱ在副边二极管提交流动分量孤立干用下的EMI 等效电路

  

  

  故在工干花样Ⅱ-Ⅱ副边二极管对共模噪声和差模噪声均没拥有拥有影响。

  讨论:

  —工干花样Ⅰ与工干花样Ⅱ下的传带EMI 是不一的;

  —如在工干花样Ⅱ中的四个二极管均截止,则工干花样因无噪声道路而不产生任何传带EMI;

  —如在工干花样Ⅱ中拥有壹个二极管带畅通,其他叁个二极管截止,则工干花样Ⅱ的共模EMI 噪声与工干花样Ⅰ根本相反,而工干花样Ⅱ的差模噪声拥有能父亲于工干花样Ⅰ的差模噪声,也拥有能小于工干花样Ⅰ的差模噪声,缘由是工干花样Ⅱ在壹个二极管带畅通时拥有壹种匪固拥局部差模噪声存放在;

  —匪固拥有差模噪声却拥有经度过输入EMI 滤波器中的X 电容,把其转成了英公对称共模噪声而完整顿免去;

  —下面的EMI 等效电路,偏偏是EMI 低频段的雄心等效电路;

  —还愿的EMI 等效电路,还要考虑变压器的寄生参数、PCB Layout 的伸线电感等等;

  —如考虑变压器的层间电容时,在其原副边间却以用壹个电容参数,此雕刻副边二极管电流动分量就会在EMI 负载上产生共模噪声,鉴于触及EMI 滤波器参数时,条需考虑低频段的等效电路,故却将此雕刻壹要斋忽略。但对还愿高频段的EMI共模噪声终止剖析时,则还要考虑副边二极管提交流动分量经度过变压器层间电容对共模噪声的影响。

  (5)反激更换器在AC 输入下的EMI 等效电路尽结:

  5-1:工干花样Ⅰ的EMI 等效电路

  

  5-2-1:工干花样Ⅱ-I 的EMI 等效电路

  当D1-D4 邑截止时,在EMI 负载上无任何噪声,因此无EMI 等效电路。

  5-2-2:工干花样Ⅱ-Ⅱ的EMI 等效电路

  在工干花样Ⅱ-Ⅱ中:在原边MOSFET 电压孤立干用时,会拥有壹种匪固拥有差模噪声,但却用EMI 滤波器中的X 电容将其转募化为共模噪声。在副边二极管电流动孤立干用时,因无噪声邮路,在EMI 负载上测不到噪声,因此其加以X 电容后的EMI等效电容尽结为:

  

  

  叁、开关电源EMI 的高频等效电路(DC/DC 反激开关电源)

  直流动反激开关电源的高频EMI 等效铰带:

  

  (1)原边MOSFET 直流动电压分量孤立干用下的EMI 等效电路

  

  (1)—A:原边MOSFET 直流动电压分量孤立干用下的差模EMI 等效电路从

  

  从差模EMI 在高频段的等效电路却知,差模等效电路的EMI 源摒除了和MOSFET电压波形、激磁电感、滤波电容的ESR 拥关于外面,还与变压器、输入滤波电容和伸线的其他寄生参数拥关于。此雕刻与在低频段时拥有很父亲的差异,异样的EMI 阻抗也与低频段拥有很父亲的差异。

  (1)-B 原边MOSFET 直流动电压分量孤立干用下的共模EMI 等效电路

  

  从共模EMI 在高频段的等效电路却知,共模等效电路的EMI 源摒除了和电压波形、MOSFET 漏极与散暖和器之间的电容拥关于外面,还与变压器的层间电容、二极管阴极与散暖和器之间的电容及滤波电容的寄生参数与伸线电感等拥关于。此雕刻与在低频段时拥有很父亲的差异,异样的EMI 阻抗也与低频段拥有很父亲的区佩。

  (2):副边二极管直流动电流动分量孤立干用下的EMI 等效电路

  

  (2)—A:副边二极管直流动电流动分量孤立干用下的差模EMI 等效电路

  

  从差模EMI 在高频段的等效电路却知,差模等效电路的EMI 源摒除了和二极管电流动波形、激磁电感、滤波电容的ESR 拥关于外面,还与变压器、输入滤波电容和伸线的其他寄生参数拥关于,此雕刻与在低频段拥有很父亲的差异,异样的EMI 阻抗也与低频段拥有很父亲的差异。

  (2)—B:副边二极管提交流动分量孤立干用下的共模EMI 的等效电路

  

  从共模EMI 在高频段的等效电路却知,共模等效电路的EMI 源摒除了和副边二极管电流动波形拥关于外面,还与变压器的层间电容、二极管阴极与散暖和器之间的电容及滤波电容的寄生参数和伸线电感拥关于。此雕刻与在低频段时(却看成无共模道路)拥有很父亲的差异。