EMC的重要性

 

早在上個世紀八十年代初，美國新澤西州一家醫(yī)院產(chǎn)科病房區(qū)的嬰兒死亡率相當(dāng)高。深夜，監(jiān)視嬰兒的監(jiān)視器上的警示燈總是無緣無故地熄滅。對此，護士們很惱火，于是她們將監(jiān)視器關(guān)閉，來回逐一巡視。

 

經(jīng)過一番初步調(diào)查后，教授查明了這件事情的真相，原來附近一電視臺的發(fā)射機得到美國通信委員會的許可，在大約午夜后可將其輸出功率提高得相當(dāng)高，但必須在早上六點前，或其它指定的時間，恢復(fù)到原來的水平。護士站與每個嬰兒的監(jiān)視器間的連接電纜在這些干擾頻率處發(fā)生諧振，感應(yīng)的電壓而使監(jiān)視器警示燈熄滅。醫(yī)院在發(fā)現(xiàn)這個問題之前，已有差不多六名小孩死亡。

 

再有一個例子：有這樣的一個客戶投訴反應(yīng)，當(dāng)在機房內(nèi)開啟一臺開關(guān)電源時，該公司的100M速度的局域網(wǎng)出現(xiàn)速度下降并停止的現(xiàn)象，而10M速度的網(wǎng)絡(luò)卻沒有受影響。關(guān)掉電源，網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)正常。

 

后經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，該開關(guān)電源的高頻干擾信號藕合到網(wǎng)絡(luò)線上，使網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障。

 

EMC 發(fā)展的歷史

 

EMC 其實是伴隨著近代電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展而誕生的。到上個世紀末，隨著電子、電氣設(shè)備的急劇增加。EMC 已經(jīng)擴展到眾多的領(lǐng)域，可以毫不夸張的說：哪里有電子產(chǎn)品，哪里就有EMC問題。西方國家對此的要求也越來越苛刻，EMC 已成為發(fā)展中國家電子產(chǎn)品進入西方市場的貿(mào)易壁壘之一。

 

對企業(yè)來講，不同的EMC設(shè)計概念，會導(dǎo)致不同的成本和時間上的浪費。

 

 

EMC的內(nèi)容

 

●基本概念：

 

★EMC(電磁兼容性)：Electromagnetic Compatibility

★EMI(電磁干擾):Electromagnetic Interference

★EMS(電磁抗擾性)：Electromagnetic　Susceptibility

★ESD（靜電）：Electrostatic Discharges

★RS（輻射抗干擾）：Radiated Susceptibility

★EFT(電快速瞬變脈沖群)： Electronic fast transients

★SURGE(雷擊浪涌)

★CS(傳導(dǎo)抗干擾)：Conducted Susceptibility

 

 

●EMC =EMI +EMS

 

★EMI = Conduction（ Harmonic） +Radiation

★EMI 三要素：下為系統(tǒng)級的，請大家想想PCB級的。

 

 

開關(guān)電源 EMI 探討

 

●EMI 產(chǎn)生的根源：

 

★第一、開關(guān)電源的最大缺點是因切換動作（TURN-ON或TURN OFF）產(chǎn)生雜訊電壓為其雜訊源。因切換動作的波形為方波，而方波含有很多高次諧波。（ dv/dt）

★第二、由于開關(guān)電晶體的非線性及二極體的反向恢復(fù)特性，電流作快速的非線性變化引起雜訊。 （di/dt）

 

 

●EMI的傳播方式和途徑：

 

★EMI干擾信號按其特性可分為共模信號（COMMON MODE）和差模信號（DIFFERENTIAL MODE）。

★共模信號：干擾信號電流的在兩條回路的導(dǎo)線上的電流方向相對大地是相同的信號，稱為共模信號，見下左圖；

★差模信號：干擾信號電流的在兩條回路的導(dǎo)線上的電流方向相對大地是相反的信號，稱為差模信號，見下右圖。

 

 

●常用低通濾波結(jié)構(gòu)的劃分

 

 

●電源輸入濾波器的設(shè)計：

 

★共模差模分開設(shè)計（以π型為例）

 

 

★濾波器共模部分設(shè)計

 

 

★濾波器差模部分設(shè)計

 

 

●濾波器的安裝：

 

 

 

●共模電感的繞制

 

 

共模扼流圈中的負載電流產(chǎn)生的磁場相互抵銷，因此磁芯不會飽和。

 

●磁珠阻抗

 

 

注意：共模電感和磁珠 需要測量溫升!!

 

拓撲EMI 分析舉例

 

 

Flyback 架構(gòu)EMI 分析

 

●Flyback架構(gòu)的高頻等效模型

 

 

●Noise 源：

 

大的di/dt和dv/dt 產(chǎn)生的地方，對Flyback架構(gòu)來說，會產(chǎn)生這些變化的主要有：

 

★變壓器TX1；

★MOSFET Q1 ；

★輸出二極管D1；

★芯片的RC振蕩；

★驅(qū)動信號線；

 

 

Q1 上 Vds 的波形

 

MOSFET 動作時產(chǎn)生的Noise ：如 上圖所示，主要來自三個方面：

 

①Mosfet開通、關(guān)斷時，具有很寬的頻譜含量，開關(guān)頻率的諧波本身就是較強的干擾源。

②關(guān)斷時的振蕩 1產(chǎn)生較強的干擾。

③關(guān)斷時的振蕩 2產(chǎn)生較強的干擾。

 

開關(guān)管 Q1關(guān)斷，副邊二極管D1導(dǎo)通時（帶載），原邊的勵磁電感被鉗制，原邊漏感Lep的能量通過Q1的寄生電容Cds進行放電，主放電回路為Lep—Cds—Rs—C1—Lep，此時產(chǎn)生振蕩振蕩的頻率為：

 

 

在Lep上的振蕩電壓Vlep迭加在2Vc1上，致使Vds=2Vc1+Vlep 。振蕩的強弱，將決定我們選取的管子的耐壓值、電路的穩(wěn)定性。

 

量測Lep=6.1uH, Q1為2611查規(guī)格書可得Coss=190pF（Coss近似等于Cds）,而此充電板為兩個管子并聯(lián)，所以Cds=380pF 。由上式可求得f =3.3 MHz，和下圖中的振蕩頻率吻合。

 

 

從圖中可看出 此振蕩是一衰減的振蕩波，其初始的振蕩峰值決定于振蕩電路的Q值：Q值越大，峰值就越大。Q值小，則峰值小。為了減小峰值，可減小變壓器的漏感Lep,加大Cds和電路的阻抗R。而加入Snubber電路是 極有效之方法。

 

 

振蕩2發(fā)生在Mosfet Q1關(guān)斷，副邊二極管由通轉(zhuǎn)向關(guān)斷，原邊勵磁電感被釋放(這時Cds被充至2Vc1)，Cds和原邊線圈的雜散電容Clp為并聯(lián)狀態(tài)，再和原邊電感Lp（勵磁電感和漏感之和）發(fā)生振蕩。放電回路同振蕩1。振蕩頻率為：

 

 

在Lp上的振蕩電壓Vlp迭加在Vc1上，致使Vds=Vc1+Vlp 。量測Lp=0.4mH；Q1為2611，查規(guī)格書可得Coss=190pF（Coss近似等于Cds）,而此充電板為兩個管子并聯(lián)，所以Cds=380pF；Clp在200KHz時測得為Clp=1.6nF。由上式可求得：f =178.6KHz，和下圖中190.5K吻合。

 

 

●我們可實行的改善措施有兩個：

 

★1、減小Noise的大小；

★2、切斷或改善傳播途徑。

 

1.減小Noise 的大?。?/div>