电源适配器的主要电磁干扰源是什么?

2021-07-28 11:33:52        0

  电源适配器因其在体积、质量、功率密度、效率等方面的诸多优势,已广泛应用于工业、国防、家用电器等领域。电源适配器应用于交流电网时,整流电路往往会导致输入电流不连续,不仅使输入功率因数大大降低,而且还会增加大量的高次谐波。同时,电源适配器中电源开关的高速开关动作(从几十千赫到几兆赫)形成EMI干扰源,其交流电压和电流会通过电路元件产生 强尖峰干扰和共振干扰;电源适配器中干扰的主要形式有传导干扰和近场辐射干扰。传导干扰也将注入电网。这些干扰严重污染电网,影响邻近电子仪器设备的正常运行; 同时,由于这个缺点,电源适配器不能用于一些精密的电子仪器。因此,尽可能降低电源适配器的EMI,扩大其使用范围是从事电源适配器设计时必须考虑的问题。

 

  一、电源适配器的EMC

  电源适配器的EMC设计是元器件级设计的重要组成部分。电源适配器EMC设计的目的是使电源适配器在预期的电磁环境中实现电磁兼容。所选的电源适配器电路拓扑结构不应产生过大的电压和过大的电流,以避免高压电场干扰和大电流磁场干扰。在满足要求的情况下,放大器的频段应尽可能窄,使其不易受干扰,并适当增加缓冲电路。要求是使电源适配器满足相关EMC标准的要求,并具备以下两个能力。

  ①能在预期的电磁环境中正常工作,不会出现性能下降或故障。

  ②对电磁环境无污染。

  电源适配器产生EMI的最根本原因是其工作时产生的高di/dt和高du/dt,它们产生的浪涌电流和峰值电压构成干扰源。工频整流滤波所用大电容的充放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流等都是此类干扰源。电源适配器中的电压和电流波形大多是近似矩形的周期波,如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。对于矩形波,周期的倒数决定了波形的基频; 双脉冲边沿的上升时间或下降时间的倒数决定了由这些边沿引起的频率分量的频率值。典型值在兆赫范围内,其谐波频率甚至更高。这些高频信号都会干扰电源适配器的基本信号,尤其是控制电路的信号。

  电源适配器的电磁噪声从噪声源上可分为两大类:一类是电源适配器受外界因素影响而产生的干扰,如通过电网传输的共模和差模噪声,以及电源上的外部电磁辐射。适配器控制电路等的干扰,另一种是电源适配器内部元件产生的电磁噪声,如开关管和整流管的电流尖峰产生的谐波和电磁辐射干扰。两者都涉及人为因素和自然因素。

  电源适配器的噪音类型。电源适配器在受到电磁干扰的同时,也会对电网上的其他设备和负载产生电磁干扰。在电源适配器的EMI/EMC设计中,一方面要防止电源适配器干扰电网及附近的电子设备,另一方面要加强电源适配器本身对EMI环境的适应能力。

 

  二、整流二极管反向恢复引起的噪声干扰

  电源适配器的输入一般采用桥式整流和电容滤波式整流电源。无 PFC 电路的输入电流和电压波形如图 3-3 所示。在不带PFC功能的输入级,由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用,二极管的导通角变小,输入电流i变成一个周期短的尖峰电流,一个高峰值。除了基波分量之外,这种失真的电流基本上还包含丰富的谐波分量。这些高次谐波成分注入电网,造成严重的谐波污染,并对电网其他用电设备造成干扰。

 

  三、开关管产生的EMI

  在正激、推挽、桥式变换器中,流过开关管的电流波形在阻性负载时类似于矩形波,含有丰富的高频成分。这些高频谐波会产生很强的 EMI。在反激式变换器中,当施加阻性负载时,流经开关管的电流波形近似为三角波,高次谐波分量较少。开关管导通时,由于导通时间短,逆变电路中存在引线电感,会产生较大的du/dt和较高的峰值电压。当开关管关断时,由于关断时间短,会产生很大的di/dt和很高的电流尖峰,频带较宽,谐波丰富。电源适配器产生的尖峰干扰和谐波干扰能量会通过电源适配器的输入/输出线传播。这种干扰称为传导干扰; 谐波和寄生振荡的能量将通过输入/输出线传输。电场和磁场在空间中产生,这种由电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。