影響開關(guān)電源EMI特性的磁件設(shè)計技術(shù)課件

1、影響開關(guān)電源EMI特性的磁件設(shè)計技術(shù)陳 為 博士福州大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院 教授，博導(dǎo)中國電源學(xué)會常務(wù)理事，專家委員會副主席磁技術(shù)專業(yè)委員會 主任委員2013.08.30主要內(nèi)容 功率變換器的電磁干擾問題 磁元件對差模噪聲的影響機理 降低和控制差模噪聲的設(shè)計要點 (PFC) 磁元件對共模噪聲的影響機理 降低和控制共模噪聲的設(shè)計要點 (Flyback, LLC) 變壓器共模噪聲特性的測量評估 磁元件的近場干擾影響LISN功率變換器Filter共模噪聲CM-CE近場耦合RE濾波器功率變換器電磁干擾問題負(fù)載電網(wǎng)差模噪聲DM-CEEMI接收機RE接收天線阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)LISN作用： 提供50W標(biāo)準(zhǔn)阻抗

2、特性 濾除電網(wǎng)諧波干擾 采集傳導(dǎo)CE噪聲信號電源輸入線負(fù)載輸出線 開關(guān)頻率提高噪音源基波和諧波頻率提高 開關(guān)速度加快噪音源高頻諧波分量增多 功率密度提高元器件之間近場耦合作用加強功率變換器電磁干擾問題的重要性 環(huán)境友好要求 EMI標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)格AdapterEMI濾波器Rm1Lw1Rw1Cp1非均勻繞組有磁場擴散電感電磁干擾傳輸途徑磁性元件雜散參數(shù)Rm2Lw2Rw2Cp2內(nèi)部分布參數(shù)外部分布參數(shù)磁場泄露電場感應(yīng)磁元件設(shè)計考慮要點結(jié)構(gòu)設(shè)計電氣設(shè)計損耗設(shè)計EMI設(shè)計雜散參數(shù)變壓器中的電磁場分布與對應(yīng)參數(shù)激磁磁通漏磁通ipisim原邊電荷副邊電荷原、副邊電荷電場分布磁場分布渦流損耗磁芯損耗差模噪聲LPF

3、C 阻抗特性Q+DLpfcLISNVdsLpfc差模EMI模型RmLwRwCpLtRtCtpVdsPFC電路輸入電感器對差模噪聲影響約12MHzLEPCCore01/4U1/4UU1/2U3/4U3/4U1/2UCore1/4U1/4UU1/2U3/4U3/4U01/2UCore01/2U1/2U1/8U1/8U2/8U2/8U3/8U3/8U5/8U5/8U7/8U7/8UU6/8U6/8UEPC中等EPC最大EPC最小電感器繞組分布電容形成機理與影響因素Q+DLpfcVds變壓器原副邊耦合電容產(chǎn)生共模電流V(x)VpxLISNicmCpsVpLISNLNicmQps變壓器副邊的感應(yīng)電荷是共

4、模噪聲的重要來源降低共模耦合電容的考慮 增加原副邊繞組間的距離 減少原副邊繞組間的面積漏感增大, 體積增大繞組損耗增大 采用更完全的屏蔽增加空間, 成本和損耗 改變電位分布簡單的方法改變繞組線端點位降低共模有效電容3-16-71-36-7端口1端口1端口3端口3EMIFilter1367端點1：電位變化端點端點3：電位固定端點有內(nèi)部屏蔽銅箔變壓器繞組電場分布有內(nèi)部屏蔽銅箔V(x)VpxQpsLISNQshVpLISNLNicm Cps由于屏蔽層屏蔽作用，變壓器副邊感應(yīng)的共模電荷大大減少Flyback電路變壓器共模噪聲抵消技術(shù)V(x)Vpx+Qps-QspLISN 當(dāng) Qps=Qsp時，變壓器副

5、邊的電荷將相互抵消為零VpLISNLNVp*Cps Cps CspVs 當(dāng) Vp*Cps=Vs*Csp 時，共模噪音電流將抵消為零Vs*Csp調(diào)整變壓器共模有效電容的方法Caddxx外加電容改變屏蔽層面積PSUpxHot pointCps(x)Csp(x)PSCsp(d)d改變絕緣層厚度LrCrD1D2ABEFCsp2Csp1CoRoPECiQ2Q1CrPPS1S2屏蔽層r如果Csp1=Csp2，則副邊電位變化引起的共模噪聲抵消S1S2LLC電路副邊噪聲源影響噪聲抵消技術(shù)P變壓器共模耦合電容的測試方法 沿著繞組導(dǎo)體上的電壓分布不均勻 原副邊繞組之間有屏蔽CpsCab=Cps+CshsCab=C

6、ps+Cshp/Cshsabab網(wǎng)絡(luò)分析儀/接收機等（兩端口）outputinputCpsCpsIcmVLCR表/阻抗分析儀等（單端口）磁性元件近場耦合效應(yīng)CM filterD2D chokeVo=48VTopo=PFC+PSFBfs(PFC stage)=89Kfs(D2D stage)=74KDC/DC 74kHz & its harmonics Aux-PS 65kHz & its harmonics PFC 89kHz & its harmonics 磁性元件近場耦合對EMI的影響共模電感輸出濾波電感互感MCxLcmLCxx|Bx|By|B|環(huán)形電感產(chǎn)生的磁場近場輻射干擾磁場探頭測量的

7、磁感應(yīng)強度B分布電磁場仿真的B分布yxxyy開口方向共模電感對外部磁場干擾敏感度分析-+-+-+-Bx 是最敏感的感應(yīng)磁場分量BxByBz+-xyz感應(yīng)電動勢E=0感應(yīng)電動勢E0感應(yīng)電動勢E較小|Bx|T-輸出濾波電感CM共模電感具有最小干擾的相對位置開口方向開口方向影響近場耦合效應(yīng)的因素分析 干擾元件與被干擾元件之間的距離 干擾元件與被干擾元件之間的相對位置/角度 被干擾元件的內(nèi)部分布參數(shù) - R,L & CR LCjwM*ii噪聲電流被干擾元件U干擾電壓干擾元件U干擾電壓磁性元件由于體積大，其對地電場耦合較大。般采用法拉第電磁屏蔽技術(shù)優(yōu)點：屏蔽電場缺點：屏蔽高頻磁場，改變磁件磁性參數(shù)；由于渦流效應(yīng)所產(chǎn)生的損耗較大。傳統(tǒng)電磁屏蔽體會影響磁件的磁性參數(shù)，不適用于一些磁性參數(shù)有特殊用途的場合差模電感諧振電感電場屏蔽方式由若干根金屬導(dǎo)線組成梳狀或網(wǎng)狀；在每根導(dǎo)體上各取一個點連接起來，且不構(gòu)成電回路。梳狀