磁技术与电磁兼容-Santak-20080620.pptVIP

* 开关电源磁性元件与电磁干扰 陈 为 博士 chw@ 福州大学电气工程与自动化学院 教授, 博士生导师 中国电源学会理事, 变压器与电感器专委会 主任委员 LISN SMPS Filter CE Near-field coupling Far-field radiation Filter 开关电源EMI / RFI 电磁干扰问题 Load Line 开关频率提高 噪音源基波和谐波频率提高 开关速度加快 噪音源高频谐波分量增多 磁件体积减小 磁件各个结构之间电磁耦合加强 功率密度提高 元器件之间近场耦合作用加强 开关电源电磁干扰问题的重要性 Rm1 Lw1 Rw1 Cp1 周围磁场分布 理想均匀绕组 没有磁场扩散 非均匀绕组 有磁场扩散 电感 磁性元件的杂散参数与电磁泄漏 B Rm2 Lw2 Rw2 Cp2 内部分布参数 外部分布参数 dB -20dB/Dec -40dB/Dec 电磁干扰噪声源及其特性 tpw 决定了低、中频段噪音 tr 和 tf 决定了高频段噪音 1/(p*tpw) 1/(p*tr) f Vds(t) A t tpw tr T tf f0 f1 开关速度加快将加强高频段的噪声源电平 frequency Harmonics LISN Vds L Cbus 关键参数 ? Vds, L or Lpfc and Cbus DM EMI model 差模DM电磁干扰的通道与模型 L Q + D Lpfc LISN Vds Lpfc DM With Cx=0.66uF LPFC Impedance ESR L EPC Q + D Lpfc LISN Vds Lpfc DM EMI model PFC电感分布参数对差模噪音的影响 EPC of Lpfc has great influence even on low-frequency DM EMI Rm Lw Rw Cp Lt Rt Ctp Cps Ch A B LISN Cps Vps 关键参数 ? Vps and Cps CM EMI model 共模CM噪音的通道和分布电容参数 … Primary Secondary Cps … Vp 0 V(x) 电荷Qps ? 原副边之间的感应电荷 ? ips 电荷Qp ? 原边绕组的电场能量 ? Cp 变压器内部的电荷分布情况与分布电容 Vp Cps Cp Cps 有屏蔽层变压器原副边有效耦合电容 -- Cps … Primary Secondary Cps Cps is a key parameter for CM EMI noise … Effective Cps Transformer coupling cap w/o shielding w. shielding 影响变压器原副边耦合电容的因素 d S 结构电容Co 有效电容Cps V(x) V(x) x x 原副边绕组间距离 原副边绕组间面积 原副边绕组间材料 绕组导体上的电位分布 Cps Vp V(x) V(x) Q=Co*U/2 Q=Co*U Cps=Co/2 变压器原副边绕组有效共模电容示意图 电荷Q 电荷Q 变压器共模耦合电容的测试方法 沿着绕组导体上的电压分布不均匀 原副边绕组之间有屏蔽 Cps Cab=Cps+Cshs Cab=Cps+Cshp//Cshs a b a b 网络分析仪 output input Cps Cps Icm V 降低共模有效电容的考虑 增加原副边绕组间的距离 减少原副边绕组间的面积 漏感增大, 体积增大 绕组损耗增大 采用更完全的屏蔽 增加空间, 成本和损耗 改变电位分布 简单的方法 P S 通过改变线端位置调整共模有效电容 Original design Modified design 3-1 6-7 1-3 6-7 端口1 端口1 端口3 端口3 EMI Filter 1 3 6 7 Point 1: Hot-voltage terminal Design 1 Design 2 1-X 6-7 X-3 3-X 7-6 X-1 通过改变线端位置降低共模有效电容 Design 3 1-X 6-7 X-3 端口1 端口1 端口1 1 3 6 7 Simplified design 1-X 6-7 X-3 1-X 6-7 X-3 1-X 6-7 X-3 Less CM, May be little high loss 1 3 6 7 1 3 6 7 通过改变线端位置降低共模有效电容 Flyback电路的共模噪音源分析 Vs Vp Vo Vp Vo Vs Vo+Vi Vo -Vi Vp Vo Csp Cps Vs 当Vs比较小，又没有shielding时, Vp和Cps是主要噪音源和噪音通道