電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
隨著高頻開關電源技術的不斷完善和日趨成熟，其在鐵路信號供電系統中的使用也在迅速新增。與此同時，高頻開關電源自身存在的電磁騷擾(EMI)問題倘若解決不好，不僅容易對電網造成污染，筆直影響其他用電設備的正常工作，而且傳入空間也易形成電磁污染，由此出現了高頻開關電源的電磁兼容(EMC)問題。
本文重點對鐵路信號電源屏使用的1200W(24V/50A)高頻開關電源模塊所存在的電磁騷擾超標問題進行分解，并提出改進措施。高頻開關電源出現的電磁騷擾可分為傳導騷擾和輻射騷擾兩大類。傳導騷擾通過交流電源傳播，頻率低于30MHz；輻射騷擾通過空間傳播，頻率在30～1000MHz。
1高頻開關電源的電路結構
高頻開關電源的主拓撲電路原理，如圖1所示。
2高頻開關電源電磁騷擾源的分解
在圖1a電路中的整流器、功率管Q1，在圖1b電路中的功率管Q2～Q5、高頻變壓器T1、輸出整流二極管D1～D2都是高頻開關電源工作時出現電磁騷擾的緊要騷擾源，詳盡分解如下。
(1)整流器整流過程出現的高次諧波會沿著電源線出現傳導騷擾和輻射騷擾。
(2)開關功率管工作在高頻導通和截止的狀態，為了降低開關損耗，提高電源功率密度和整體效率，開關管的打開和關斷的速度越來越快，一般在幾微秒，開關管以這樣的速度打開和關斷，形成了浪涌電壓和浪涌電流，會出現高頻高壓的尖峰諧波，對空間和交流輸入線形成電磁騷擾。
(3)高頻變壓器T1進行功率變換的同時，出現了交變的電磁場，向空間輻射電磁波，形成了輻射騷擾。變壓器的分布電感和電容出現振蕩，并通過變壓器初次級之間的分布電容耦合到交流輸入回路，形成傳導騷擾。
(4)在輸出電壓比較低的情況下，輸出整流二極管工作在高頻開關狀態，也是一種電磁騷擾源。
由于二極管的引線寄生電感、結電容的存在以及反向恢復電流的影響，使之工作在很高的電壓和電流變化率下，二極管反向恢復的時間越長，則尖峰電流的影響也越大，騷擾信號就越強，由此出現高頻衰減振蕩，這是一種差模傳導騷擾。
所有出現的這些電磁信號，通過電源線、信號線、接地線等金屬導線傳輸到外部電源形成傳導騷擾。通過導線和器件輻射或通過充當天線的互連線輻射的騷擾信號造成輻射騷擾。3針對高頻開關電源電磁騷擾的電磁兼容設計
(1)開關電源入口加電源濾波器，抑制開關電源所出現的高次諧波。
(2)輸入輸出電源線上加鐵氧體磁環，一方面抑制電源線內的高頻共模，另一方面減小通過電源線輻射的騷擾能量。
(3)電源線盡可能靠近地線，以減小差模輻射的環路面積;把輸入交流電源線和輸出直流電源線分開走線，減小輸入輸出間的電磁耦合；信號線遠離電源線，靠近地線走線，并且走線不要過長，以減小回路的環面積;pCB板上的線條寬度不能突變，拐角采用圓弧過渡，盡量不采用直角或尖角。
(4)對芯片和MOS開關管安裝去耦電容，其位置盡可能地靠近并聯在器件的電源和接地管腳。
(5)由于接地導線存在Ldi/dt，pCB板和機殼間接地采用銅柱連接，對不適合用銅柱連接的采用較粗的導線，并就近接地。
(6)在開關管以及輸出整流二極管兩端加RC吸收電路，吸收浪涌電壓。
4高頻開關電源電磁騷擾探測曲線
在3m法電波暗室對實驗樣機進行探測，其L、N線的傳導騷擾測試曲線如圖2、3所示，輻射騷擾的垂直極化掃描曲線如圖4、5所示。
依據鐵路客運專線標準規定，傳導騷擾限值和輻射騷擾限值如表1、2所示。
本開關電源一次通過了傳導騷擾的探測，探測波形如圖2、3所示。輻射騷擾高頻段230～1000MHz也探測合格，如圖5所示。只是在30～200MHz頻段范圍內的垂直極化指標超標，最大超標20dB，如圖4所示。
依據鐵路客運專線標準規定，傳導騷擾限值和輻射騷擾限值如表1、2所示。
本開關電源一次通過了傳導騷擾的探測，探測波形如圖2、3所示。輻射騷擾高頻段230～1000MHz也探測合格，如圖5所示。只是在30～200MHz頻段范圍內的垂直極化指標超標，最大超標20dB，如圖4所示。
5結語
隨著高頻開關電源等電子產品電磁兼容緊要性的凸現，我們應當在產品設計初期階段，同時進行電磁兼容設計，此時結構和電路辦法尚未定型，可選用的辦法較多。倘若等到加工階段再去處理，不但給技術和工藝上帶來很大難度，而且會造成人力、財力和時間的極大浪費。所以，要走出設計修改法的誤區，正確運用系統設計法。
與EMI相關的因素多且復雜，僅做到上述的幾點措施是遠遠不夠的，還有接地技術、pCB布局走線等都很緊要。電磁兼容的設計任重而道遠，我們要不斷進行研究探索，使我國的電子產品電磁兼容水平與國際同步。
聲明： 本站所發布文章部分圖片和內容自于互聯網，如有侵權請聯系刪除
