第一篇:电源EMI传导辐射实际整改经验总结(绝对值得)
1、在反激式电源中,Y电容接初级地与次级地之间在20MHZ时,会比Y电容接在高压与次级地之间高5dB左右。当然也要视情况而定。
2、MOS管驱动电阻最好能大于或等于47R。降低驱动速度有利于改善MOS管与变压器的辐射。一般采用慢速驱动和快速判断的办法。
3、若辐射在40MHZ-80MHZ之间有些余量不够,可适当地增加MOS管DS之间的电容值,以达到降低辐射量的效果。
4、若在输入AC线上套上磁环并绕2圈,有降低40-60MHZ之间辐射值的趋势,那么在输入EMI滤波部分中串入磁珠则会达到同样的效果。如在NTC电阻上分别套上两个磁珠。
5、在变压器与MOS管D极之间最好能串入一个磁珠,以降低MOS管电流的变化速度,又能降低输出噪音。
6、电源输入AC滤波部分,X电容放在共模电厂的那个位置并不重要,注意布线时要将铜皮都集中于X电容的引脚处,以达到更好的滤波效果,但X电容最好不要与Y电容连接在同一焊点。
7、在300W左右的中功率电源中,其又是由几个不同的电源部分组成,一般采用三极共模电感。第一级使用100UH-3MH左右的双线并绕锰锌磁环电感,其后再接Y电容,第二级与第三级可使用相同的共模电感,需要使用的电感量并不要求很大,一般10MH左右就能达到要求。若把Y电容放在第二级与第三级之间,效果就会差一些。如果采用两级共模滤波,秕一级电感量适当取大些,1.5-2.5MH左右。
8、如果采用三级,第一级电感量适当取小些,在200UH-1MH之间。测试辐射时,最好能在初次级之间的Y电容套上磁珠。如果用三芯AC输入线,在黄绿地线上也串磁环,并绕上两到三圈。
9、在二极管上套磁珠,一般要求把磁珠套在其电压变化最剧烈的地方,在正端整流二极管中,其A端电压变化最剧烈。
10、实例分析:
一台19W的二合一电源,在18MH左右处有超过QP值7dB,前级采用两级共模滤波方法和一个X电容,无论怎样更改滤波部分,此处的QP值总是难以压下来。
先是怀疑是由EC2834主变压器引起,后改变变压器使用磁芯屏蔽或最内层磁芯屏蔽加初次级之间屏蔽都没有效果,至MOS/8N60的驱动电阻已达47R,在DS之间加电容也没有什么改善。
去除inverter部分,用相当纯电阻负载测试,此处情况好转。在QP值以下达4dB的余量。怀疑Inverter部分有问题。仔细观察发现采用OZ芯片的推挽拓扑中,驱动脚直接接到MOS的G极,割断后,加入47R的电阻,测试值在QP值以下达4dB余量。
11、在一台19的二合一电源中(方案LD7575+TL4947)经公司传导仪总测试,在18MHZ左右处有超过QP的地方,而且是在此处有上升与下降的过程,其它部分测试线尚好。经观察,此电源没有很明显的布线问题,只是Y电容从初级地搭到次级地,怀疑此处有问题,把Y电容搭至初级高压与次级地之间,此处值已降低AV值以下4dB,所以建议是反激电源中,最好能把Y电容接至初级高压与次级地之间。当然有些电源接在哪两个部位并不明显有作用。
12、在一台输入功率28W的DVD电源中,传导测试曲线已通过,但在30MHZ处其QP值为37dB左右,辐射测试时在40M-80MHZ超标(采用LD7575方案),磁芯采用屏蔽绕法(屏~初~+5V~+12V~+5V~初~屏)。从其传导曲线图看在25MHZ~30MHZ时其曲线基本平直因此在辐射中可能有超标的危险。当把三芯线换成两芯线时,其从10M~30MHZ传导曲线基本平直在30dB上下,因此怀疑是地线上有较大的干扰,先用一个锰锌铁氧芯磁环用导线绕上三圈串入地线中,传导曲线并无很明显改善。后把圈数增至6Ts,电感量为150UH,达到了滤波的效果,在10MH~30MHZ时的曲线基本平直。后换成较大号的磁环,电感量不变,其圈数为8Ts,效果更好,在25MHZ~30MHZ时,比上一磁环低2dB左右。所以若是在15MH~25MHZ有超标值,并且确定是由地线引起,采用此方法能达到立杆见影的效果。
13、在辐射测试中,30~50MHZ处与150MHZ~230MHZ处有连续超标波段,更改芯片的驱动电阻大小和更改反激RCD篏位可降低此两处的辐射值。具体如下:更改MOS管的驱动电阻由22R改为51R,30~50MHZ处会降低几dB左右。把RCD篏位改为RRCD篏位,即在篏位电容处串入一个20~50R左右的电阻,在150~230MHZ处会有很大的效果,另外可以在变压器高压与变压器地之间并入聚酯电容,可以达到两处都降低的综合效果。若采用上述方法能降低辐射量,并使电源达标,就可以不采用变压器屏蔽的方法,以降低生产成本。
14、若电源板中由多个不同的电源部分组合而成,建议降低每一部分MOS管的驱动速度,在不影响温升的前提下,慢速的驱动比采用其它方法降低辐射都要好。
15、开关环路(MOS管)di/dt很高的电流会在环路阻抗(包括输入电容的ESR)上产生压降,从而产生差模EMI干扰。另外漏极节点上的电压变化很大,同时dv/dt很快。缩小其面积减少静电场的耦合可以降低差模EMI噪音,方法是在输入电容上并一个聚酯膜电容。
16、次极二极管整流环路,流过幅值很高的开关电流,在电源中成为最强的功率辐射天线之一,因而其环路面积必须最小化。此环路同时影响漏感的损耗有及初级篏位电路的损耗。通过缩小此环路造成的长度,可以减少反射到初级侧的漏感值,此次级漏感是通过变压器(以匝比平方的关系)反射回初级侧的。
17、初级RCD篏位电路流的电流为快速瞬间电流,因而此环路的面积也要尽量少。为了降低此环路的速度,在篏位电容上串入一个20R~50R的电阻,以减缓电容的充放电速度。注意此电路的功率损耗,最好采用大于1W的金属氧化膜电阻。
18、次级二极管的篏位RC电路,虽然di/dt比较小,但也尽量减少其环路面积,此环路对控制高频的EMI很关键。
19、如果VCC供电绕组也要提供较大的电流,也应尽可能降低其环路面积。
20、从变压器的角度来看,连接其“热点”的元件的直线宽度尽量缩小,较宽的直线有较大的走线电感,同时这些信号会通过容性耦合到大地上,从而造成更多的共模EMI噪音。
21、经EMI辐射测试对比,62R的驱动电阻比51R的驱动电阻在30M~50MHZ有更低的辐射值。
22、在整机测试中,数据线,电源线,音频线,面板控制线一定要布局好,如:a、这些线不能从晶振旁边穿过或靠近它。b、这些线不能从CPU旁边或正面下方穿过。总之,线不能从干扰源(快速变化的信号)正面,下面旁边经过,否则经过一系列的阻抗变换,放大,在线上就会使辐射值增大,造成怎么整改电源都没有效果的结果。
第二篇:EMI传导与辐射超标整改方案
传导与辐射超标整改方案
开关电源电磁干扰的产生机理及其传播途径
功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(emi)的主要原因。开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量,另一方面也导致了更为严重的emi问题。开关电源工作时,其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的,因此,开关电源本身是一个噪声发生源。开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源,或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。现在按噪声干扰源来分别说明:
1、二极管的反向恢复时间引起的干扰
交流输入电压经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压,经电容平滑后变为直流,但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。由电流波形可知,电流中含有高次谐波。大量电流谐波分量流入电网,造成对电网的谐波污染。另外,由于电流是脉冲波,使电源输入功率因数降低。
高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于pn结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。
2、开关管工作时产生的谐波干扰
功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在 阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐 波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生 尖峰干扰。
3、交流输入回路产生的干扰
无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
4、其他原因
元器件的寄生参数,开关电源的原理图设计不够完美,印刷线路板(pcb)走线通常采用手工布 置,具有很大的随意性,pcb的近场干扰大,并且印刷板上器件的安装、放置,以及方位的不合理都会造成emi干扰。这增加了pcb分布参数的提取和近场干扰估计的难度。flyback 架构noise 在频谱上的反应
0.15 mhz处产生的振荡是开关频率的3次谐波引起的干扰。0.2 mhz处产生的振荡是开关频率的4次谐波和mosfet 振荡2(190.5khz)基波的迭加,引起的干扰;所以这部分较强。
0.25 mhz处产生的振荡是开关频率的5次谐波引起的干扰;0.35 mhz处产生的振荡是开关频率的7次谐波引起的干扰;0.39 mhz处产生的振荡是开关频率的8次谐波和mosfet 振荡2(190.5khz)基波的迭加引起的干扰;1.31mhz处产生的振荡是diode 振荡1(1.31mhz)的基波引起的干扰;3.3 mhz处产生的振荡是mosfet 振荡1(3.3mhz)的基波引起的干扰;开关管、整流二极管的振荡会产生较强的干扰
设计开关电源时防止emi的措施: 1.把噪音电路节点的pcb铜箔面积最大限度地减小;如开关管的漏极、集电极,初次级绕组的节点,等。
2.使输入和输出端远离噪音元件,如变压器线包,变压器磁芯,开关管的散热片,等等。3.使噪音元件(如未遮蔽的变压器线包,未遮蔽的变压器磁芯,和开关管,等等)远离外壳边缘,因为在正常操作下外壳边缘很可能靠近外面的接地线。
4.如果变压器没有使用电场屏蔽,要保持屏蔽体和散热片远离变压器。
5.尽量减小以下电流环的面积:次级(输出)整流器,初级开关功率器件,栅极(基极)驱动线路,辅助整流器。
6.不要将门极(基极)的驱动返馈环路和初级开关电路或辅助整流电路混在一起。7.调整优化阻尼电阻值,使它在开关的死区时间里不产生振铃响声。8.防止emi滤波电感饱和。
9.使拐弯节点和 次级电路的元件远离初级电路的屏蔽体或者开关管的散热片。10.保持初级电路的摆动的节点和元件本体远离屏蔽或者散热片。11.使高频输入的emi滤波器靠近输入电缆或者连接器端。12.保持高频输出的emi滤波器靠近输出电线端子。
13.使emi滤波器对面的pcb板的铜箔和元件本体之间保持一定距离。14.在辅助线圈的整流器的线路上放一些电阻。15.在磁棒线圈上并联阻尼电阻。
16.在输出rf滤波器两端并联阻尼电阻。17.在pcb设计时允许放1nf/ 500 v陶瓷电容器或者还可以是一串电阻,跨接在变压器的初级的静端和辅助绕组之间。
18.保持emi滤波器远离功率变压器;尤其是避免定位在绕包的端部。
19.在pcb面积足够的情况下, 可在pcb上留下放屏蔽绕组用的脚位和放rc阻尼器的位置,rc阻尼器可跨接在屏蔽绕组两端。
20.空间允许的话在开关功率场效应管的漏极和门极之间放一个小径向引线电容器(米勒电容,10皮法/ 1千伏电容)。
21.空间允许的话放一个小的rc阻尼器在直流输出端。22.不要把ac插座与初级开关管的散热片靠在一起。
开关电源emi的特点
作为工作于开关状态的能量转换装置,开关电源的电压、电流变化率很高,产生的干扰强度较大;干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器,相对于数字电路干扰源的位置较为清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫兹),主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(pcb)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了pcb分布参数的提取和近场干扰估计的难度。
1mhz以内----以差模干扰为主,增大x电容就可解决
1mhz---5mhz---差模共模混合,采用输入端并一系列x电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并解决;5m---以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法.对于外壳接地的,在地线上用一个磁环绕2圈会对10mhz以上干扰有较大的衰减(diudiu2006);对于25--30mhz不过可以采用加大对地y电容、在变压器外面包铜皮、改变pcb layout、输出线前面接一个双线并绕的小磁环,最少绕10圈、在输出整流管两端并rc滤波器.30---50mhz 普遍是mos管高速开通关断引起,可以用增大mos驱动电阻,rcd缓冲电路采用1n4007慢管,vcc供电电压用1n4007慢管来解决.100---200mhz 普遍是输出整流管反向恢复电流引起,可以在整流管上串磁珠
100mhz-200mhz之间大部分出于pfc mosfet及pfc 二极管,现在mosfet及pfc二极管串磁珠有效果,水平方向基本可以解决问题,但垂直方向就很无奈了
开关电源的辐射一般只会影响到100m 以下的频段.也可以在mos,二极管上加相应吸收回路,但效率会有所降低。1mhz 以内----以差模干扰为主 1.增大x 电容量;
2.添加差模电感;3.小功率电源可采用pi 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。
1mhz---5mhz---差模共模混合,采用输入端并联一系列x 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决,1.对于差模干扰超标可调整x 电容量,添加差模电感器,调差模电感量;2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制;
3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如fr107 一对普通整流二极管1n4007。5m---以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法。
对于外壳接地的,在地线上用一个磁环串绕2-3 圈会对10mhz 以上干扰有较大的衰减作用;可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环.处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。
对于20--30mhz,1.对于一类产品可以采用调整对地y2 电容量或改变y2 电容位置; 2.调整一二次侧间的y1 电容位置及参数值;
3.在变压器外面包铜箔;变压器最里层加屏蔽层;调整变压器的各绕组的排布。4.改变pcb layout;
5.输出线前面接一个双线并绕的小共模电感;
6.在输出整流管两端并联rc 滤波器且调整合理的参数; 7.在变压器与mosfet 之间加bead core; 8.在变压器的输入电压脚加一个小电容。9.可以用增大mos 驱动电阻.30---50mhz 普遍是mos 管高速开通关断引起,1.可以用增大mos 驱动电阻;
2.rcd 缓冲电路采用1n4007 慢管; 3.vcc 供电电压用1n4007 慢管来解决;
4.或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感; 5.在mosfet 的d-s 脚并联一个小吸收电路; 6.在变压器与mosfet 之间加bead core; 7.在变压器的输入电压脚加一个小电容;
8.pcb 心layout 时大电解电容,变压器,mos 构成的电路环尽可能的小; 9.变压器,输出二极管,输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。50---100mhz 普遍是输出整流管反向恢复电流引起,1.可以在整流管上串磁珠;
2.调整输出整流管的吸收电路参数;
3.可改变一二次侧跨接y电容支路的阻抗,如pin脚处加bead core或串接适当的电阻; 4.也可改变mosfet,输出整流二极管的本体向空间的辐射(如铁夹卡mosfet;铁夹卡diode,改变散热器的接地点)。5.增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射.200mhz 以上 开关电源已基本辐射量很小,一般可过emi 标准。
传 导 方 面 emi 对 策 传导冷机时在0.15-1mhz超标,热机时就有7db余量。主要原因是初级bulk电容df值过大造成的,冷机时esr比较大,热机时esr比较小,开关电流在esr上形成开关电压,它会压在一个电流ln线间流动,这就是差模干扰。解决办法是用esr低的电解电容或者在两个电解电容之间加一个差模电感。.........辐 射 方 面 emi 对 策
辐射在30~300mhz频段内出现宽带噪声超标
通过在电源线上增加去耦磁环(可开合)进行验证,如果有改善则说明和电源线有关系,采用以下整改方法:如果设备有一体化滤波器,检查滤波器的接地是否良好,接地线是否尽可能短;
金属外壳的滤波器的接地最好直接通过其外壳和地之间的大面积搭接。检查滤波器的输入、输出线是否互相靠近。适当调整x/y电容的容值、差模电感及共模扼流圈的感量;调整y电容时要注意安全问题;改变参数可能会改善某一段的辐射,但是却会导致另外频度变差,所以需要不断的试,才能找到最好的组合。适当增大触发极上的电阻值不失为一个好办法;也可在开关管晶体管的集电极(或者是mos管的漏极)或者是次级输出整流管对地接一个小电容也可以有效减小共模开关噪声。开关电源板在pcb布线时一定要控制好各回路的回流面积,可以大大减小差模辐射。在pcb电源走线中增加104/103电容为电源去耦;在多层板布线时要求电源平面和地平面紧邻;在电源线上套磁环进行比对验证,以后可以通过在单板上增加共模电感来实现,或者在电缆上注塑磁环。输入ac线的l线的长度尽量短;
屏蔽设备内部,孔缝附近是否有干扰源;结构件搭接处是否喷有绝缘漆,采用砂布将绝缘漆擦掉,作比较试验。检查接地螺钉是否喷有绝缘漆,是否接地良好。