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電(diàn)源适配器的電(diàn)磁干扰

发布时间:2021.07.15 15:45 浏览次数:255
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電(diàn)磁干扰是人们早就发现的電(diàn)磁现象,它几乎和電(diàn)磁效应的现象同时被发现,1981年英國(guó)科(kē)學(xué)家发表“论干扰”的文(wén)章,标志(zhì)着研究干扰问题的开始。1989年英國(guó)邮電(diàn)部门研究了通信中的干扰问题,使干扰问题的研究开始走向工程化和产业化。
自从電(diàn)子系统降噪技术在70 年代中期出现以来,主要由于美國(guó)联邦通讯委员会在1990 年和欧盟在1992 提出了对商(shāng)业数码产品的有(yǒu)关规章,这些规章要求各个公司确保它们的产品符合严格的磁化系数和发射准则。符合这些规章的产品称為(wèi)具有(yǒu)電(diàn)磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)。
1.電(diàn)磁兼容性
在很(hěn)多(duō)场合的電(diàn)源适配器,特别是通信用(yòng)電(diàn)源适配器要有(yǒu)很(hěn)强的抗電(diàn)磁干扰能(néng)力,如对浪涌、電(diàn)网電(diàn)压波动的适应能(néng)力,对静電(diàn)干扰、電(diàn)场、磁场及電(diàn)磁波等的抗干扰能(néng)力,以保证自身能(néng)够正常工作以及对设备供電(diàn)的稳定性。
一方面,電(diàn)源适配器内部的功率开关管、整流或续流二极管及主功率变压器是在高频开关的模式下工作的,它的電(diàn)压、電(diàn)流波形是脉冲方波。在高压大電(diàn)流的脉冲方波切换过程中,将产生严重的谐波電(diàn)压及電(diàn)流。这些谐波電(diàn)压及電(diàn)流一方面通过電(diàn)源输入線(xiàn)或者電(diàn)源适配器适配器的输出線(xiàn)传播出去,对于此電(diàn)源适配器在同一電(diàn)网上的其他(tā)设备及電(diàn)网产生干扰,使其他(tā)设备不能(néng)正常工作。另一方面,严重的谐波電(diàn)压及電(diàn)流在電(diàn)源适配器内部产生電(diàn)磁干扰,从而造成電(diàn)源适配器内部工作的不稳定,使電(diàn)源适配器性能(néng)降低。还有(yǒu)部分(fēn)電(diàn)磁场通过電(diàn)源适配器机壳的缝隙,向周围空间辐射。 与通过输入電(diàn)源線(xiàn)、直流输出DC線(xiàn)产生的辐射電(diàn)磁场一起通过空间传播出去的方式,对其他(tā)高频设备及对電(diàn)磁场比较敏感的设备造成干扰,引起其他(tā)设备工作异常。
因此,对電(diàn)源适配器要限制由输入電(diàn)源線(xiàn)、输出负载DC線(xiàn)产生的传导干扰和空间辐射的传播的電(diàn)磁场干扰,使得处于同一電(diàn)磁环境中的设备均能(néng)够正常工作,互不干扰。
2.電(diàn)磁兼容性问题产生的要素
電(diàn)磁兼容性问题产生的三个要素是:干扰源、传播途径及受干扰體(tǐ)。
電(diàn)源适配器因工作在开关模式状态下,其引起的電(diàn)磁兼容性问题是比较复杂的。从整机的電(diàn)磁兼容性来讲,主要有(yǒu)共阻抗耦合、線(xiàn)间耦合、電(diàn)场耦合、磁场耦合和電(diàn)磁波耦合几种。
a.共阻抗耦合主要是干扰源与受干扰體(tǐ)在電(diàn)气上存在共同阻抗,通过该阻抗使干扰信号进入受干扰对象。
b.線(xiàn)间耦合主要是产生干扰電(diàn)压及干扰電(diàn)流的导線(xiàn)或者PCB板上的并行布線(xiàn)而产生的相互耦合。
c.電(diàn)场耦合主要是由于電(diàn)位差的存在而产生的感应電(diàn)场对受干扰體(tǐ)产生的耦合。
d.磁场耦合主要是大電(diàn)流的脉冲在電(diàn)源線(xiàn)附近产生的低频磁场对干扰对象产生的耦合。
e.電(diàn)磁波耦合主要是由于脉冲的電(diàn)压或者電(diàn)流产生的高频電(diàn)磁波,通过空间向外辐射,对相应的受干扰體(tǐ)产生的耦合。
实际上每一种耦合方式是不能(néng)严格區(qū)分(fēn)的,仅是侧重点不同而已。在電(diàn)源适配器中,主功率开关管在很(hěn)高的電(diàn)压下以高频开关方式工作,开关電(diàn)压及开关電(diàn)流均為(wèi)方波,该方波所含的高次谐波的频谱可(kě)达到方波频率的1000次以上,同时,由于電(diàn)源变压器的漏電(diàn)感及分(fēn)布電(diàn)容,以及主功率开关器件的工作状态并非理(lǐ)想,因此在高频开或关时,常常产生高频高压的尖峰谐波振荡。该谐波振荡产生的高次谐波通过开关管与散热器间的分(fēn)布電(diàn)容传入内部電(diàn)路,或通过散热器及变压器向空间辐射。用(yòng)于整流及续流的开关二极管也是产生高频干扰的一个重要原因。整流及续流二极管工作在高频开关状态下,由于二极管的引線(xiàn)寄生電(diàn)感、结電(diàn)容的存在以反向恢复電(diàn)流的影响,使其工作在很(hěn)高的電(diàn)压及電(diàn)流变化率下而产生高频振荡。整流及续流二极管一般离電(diàn)源输出線(xiàn)较近,其产生的高频干扰最容易通过直流输出線(xiàn)传出去。
大功率的電(diàn)源适配器為(wèi)了提高功率因数,均采用(yòng)了有(yǒu)源功率因数校正電(diàn)路。同时,為(wèi)了提高電(diàn)源适配器的效率及可(kě)靠性,减小(xiǎo)功率器件的電(diàn)应力,大量采用(yòng)了软开关技术。其中零電(diàn)压、零電(diàn)流开关技术应用(yòng)最為(wèi)广泛。这些技术极大的降低了开关器件所产生的電(diàn)磁干扰。软开关无损吸收電(diàn)路多(duō)利用(yòng)L、C进行能(néng)量转移,利用(yòng)二极管的单向导電(diàn)性能(néng)现实能(néng)量的单向转换,因此,该電(diàn)路中的二极管成為(wèi)電(diàn)磁干扰的一大干扰源。
電(diàn)源适配器中一般利用(yòng)储能(néng)電(diàn)感及電(diàn)容器组成LC滤波電(diàn)路,实现对差模及共模干扰信号的滤波,以及将交流方波信号转换為(wèi)平滑的直流信号。由于電(diàn)感線(xiàn)圈分(fēn)布電(diàn)容,因此导致了電(diàn)感線(xiàn)圈的自谐振频率降低,从而使大量的高频干扰信号穿过電(diàn)感線(xiàn)圈,沿交流電(diàn)源線(xiàn)或直流输出線(xiàn)向外传播。滤波電(diàn)容器随着干扰信号频率的上升,由于引線(xiàn)電(diàn)感的作用(yòng),导致電(diàn)容量及滤波效果不断下降,直至达到谐振频率以上时,完全失去電(diàn)容器的作用(yòng)而变為(wèi)感性。不正确的使用(yòng)滤波電(diàn)容及引線(xiàn)过長(cháng),也是产生電(diàn)磁干扰的一个原因。
電(diàn)源适配器PCB板布線(xiàn)、结构设计、電(diàn)源線(xiàn)输入滤波、输入/输出電(diàn)源線(xiàn)布線(xiàn)以及检测電(diàn)路的设计等不合理(lǐ),均会导致系统工作不稳定,降低对静電(diàn)放電(diàn)、点快速瞬变脉冲群、雷击、浪涌及传导干扰、辐射干扰及辐射電(diàn)磁场等的抗扰性能(néng)力。
一般运用(yòng)CISPR16及IEC61000中规定的電(diàn)磁场检测仪器及各种干扰信号模拟器、辅助设备,在标准测试场地或实验室内部,通过详尽的测试分(fēn)析,结合对電(diàn)路性能(néng)的理(lǐ)解来分(fēn)析研究電(diàn)源适配器的電(diàn)磁兼容性。

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