辐射EMI的抑制措施
电源适配器是一个很强的骚扰源,它来源于开关器件的高频通断和输出整流二极管反向恢复。很强的电磁骚扰信号通过空间辐射和电源适配器电源线的传导而干扰邻近的敏感设备。除了功率开关管和高频整流二极管外,产生辐射干扰的主要元器件还有脉冲变压器及滤波电感等。
虽然,功率开关管的快速通断给电源适配器带来了更高的效益,但是,也带来了更强的高频辐射。要降低辐射干扰,可应用电压缓冲电路,如在开关管两端并联RCD缓冲电路 ,或电流缓冲电路,如在开关管的集电极上串联20～80μH的电感。电感在功率开关管导通时能避免集电极电流突然增大,同时也可以减少整流电路中冲击电流的影响。
功率开关管的集电极是一个强干扰源,开关管的散热片应接到开关管的发射极上,以确保集电极与散热片之间由于分布电容而产生的电流流入主电路中。为减少散热片和机壳的分布电容,散热片应尽量远离机壳,如有条件的话,可采用有屏蔽措施的开关管散热片。
整流二极管应采用恢复电荷小,且反向恢复时间短的,如肖特基管,最好是选用反向恢复呈软特性的。另外在肖特基管两端套磁珠和并联RC吸收网络均可减少干扰,电阻、电容的取值可为几Ω和数千pF,电容引线应尽可能短,以减少引线电感。实际使用中一般采用具有软恢复特性的整流二极管,并在二极管两端并接小电容来消除电路的寄生振荡 。
负载电流越大,续流结束时流经整流二极管的电流也越大,二极管反向恢复的时间也越长,则尖峰电流的影响也越大。采用多个整流二极管并联来分担负载电流,可以降低短路尖峰电流的影响。
电源适配器必须屏蔽,采用模块式全密封结构,建议用1mm以上厚度的镀锌钢板,屏蔽层必须良好接地。在高频脉冲变压器初、次级之间加一屏蔽层并接地,可以抑制干扰的电场耦合。将高频脉冲变压器、输出滤波电感等磁性元件加上屏蔽罩,可以将磁力线限制在磁阻小的屏蔽体内。
根据以上设计思路,对辐射干扰超过标准限值20dB左右的某电源适配器,采用了一些在实验室容易实现的措施,进行了如下的改进:
(1)在所有整流二极管两端并470pF电容;
(2)在开关管G极的输入端并50pF电容,与原有的39Ω电阻形成一RC低通滤波器;
(3)在各输出滤波电容(电解电容)上并一0.01μF电容;(4)在整流二极管管脚上套一小磁珠;
(5)改善屏蔽体的接地。
经过上述改进后,该电源适配器就可以通过辐射干扰测试的限值要求。
EMI滤波器的发展趋势
90年代以来,随着电子设备小型化和表面组装技术的发展,电子元器件向小型化、片式化、复合化、多功能和高性能化发展,各种表面组装元件逐渐成为电子元件的主流产品。因此,目前摆在传统EMI滤波器面前的一个不可回避的问题是如何适应电子设备小型化的发展需求。目前,国际片式EMI滤波器以信号滤波器为主,可运用于电源适配器的EMI滤波器较少。
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