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總結(jié)3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源EMI設(shè)計經(jīng)驗
來源： 發(fā)布時間：2019-06-11 點擊量：1255
總結(jié)3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源EMI設(shè)計經(jīng)驗
要想了解3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源EMI，就要了解一下開關(guān)電源的EMI源，那么就來說說開關(guān)電源的EMI干擾源集中體現(xiàn)在功率開關(guān)管、整流二極管、高頻變壓器等，外部環(huán)境對開關(guān)電源的干擾主要來自電網(wǎng)的抖動、雷擊、外界輻射等。
先來一一說說（1）功率開關(guān)管：功率開關(guān)管工作在On-Off快速循環(huán)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，dv/dt和di/dt都在急劇變換，因此，功率開關(guān)管既是電場耦合的主要干擾源，也是磁場耦合的主要干擾源。
（2）高頻變壓器：高頻變壓器的EMI集中體現(xiàn)在漏感對應(yīng)的di/dt快速循環(huán)變換，因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源。
（3）整流二極管：整流二極管的EMI集中體現(xiàn)在反向恢復(fù)特性上，反向恢復(fù)電流的斷續(xù)點會在電感（引線電感、雜散電感等）產(chǎn)生高 dv/dt，從而導(dǎo)致強電磁干擾。
（4）PCB：準(zhǔn)確的說，PCB是上述干擾源的耦合通道，PCB的優(yōu)劣，直接對應(yīng)著對上 述EMI源抑制的好壞。
再來說說3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源EMI傳輸通道分類
（一） 傳導(dǎo)干擾的傳輸通道：（1）容性耦合 （2）感性耦合
（3）電阻耦合 a.公共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合 b.公共地線阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合
c.公共線路阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合
（二） 輻射干擾的傳輸通道
（1）在3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源中，能構(gòu)成輻射干擾源的元器件和導(dǎo)線均可以被假設(shè)為天線，從而利用電偶極子和磁偶極子理論進行分析；二極管、電容、功率開關(guān)管可以假設(shè)為電偶極子，電感線圈可以假設(shè)為磁偶極子；
（2）沒有屏蔽體時，電偶極子、磁偶極子，產(chǎn)生的電磁波傳輸通道為空氣（可以假設(shè)為自由空間）；（3）有屏蔽體時，考慮屏蔽體的縫隙和孔洞，按照泄漏場的數(shù)學(xué)模型進行分析處理。
3、3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源EMI抑制的9大措施
在3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源中，電壓和電流的突變，即高dv/dt和di/dt，是其EMI產(chǎn)生的主要原因。實現(xiàn)開關(guān)電源的EMC設(shè)計技術(shù)措施主要基于以下兩點：
（1）盡量減小電源本身所產(chǎn)生的干擾源，利用抑制干擾的方法或產(chǎn)生干擾較小的元器件和電路，并進行合理布局；
（2）通過接地、濾波、屏蔽 等技術(shù)抑制電源的EMI以及提高電源的EMS。
分開來講，9大措施分別是：（1）減小dv/dt和di/dt（降 低其峰值、減緩其斜率）
（2）壓敏電阻的合理應(yīng)用，以降低浪涌電壓（3）阻尼網(wǎng)絡(luò)抑制過沖（4）采用軟恢復(fù)特 性的二極管，以降低高頻段EMI（5）有源功率因數(shù)校正，以及其他諧波校正技術(shù)（6）采用合理設(shè)計的電源線濾波器（7）合理的接地處理（8）有效的屏蔽措施（9）合理的PCB設(shè)計
4、高頻變壓器漏感的控制
高頻變壓器的漏感是功率開關(guān)管關(guān)斷尖峰電壓產(chǎn)生的重要原因之一，因此，控制漏感成為解決高頻變壓器帶來的EMI首要面對的問題。減小高頻變壓器漏感兩個切入點：電氣設(shè)計、工藝設(shè)計！
（1）選擇合適磁芯，降低漏感。漏感與原邊匝數(shù)平方成正比，減小匝數(shù)會顯著降低漏感。
（2）減小繞組間的絕緣層?，F(xiàn)在有一種稱之為“黃金薄膜”的絕緣層，厚度20～100um，脈沖擊穿電壓可達幾千伏。（3）增加繞組間耦合度，減小漏感。
5、高頻變壓器的屏蔽
為防止高頻變壓器的漏磁對周圍電路產(chǎn)生干擾，可采用屏 蔽帶來屏蔽高頻變壓器的漏磁場。屏蔽帶一般由銅箔制作，繞在變壓器外部一周，并進行接地，屏蔽帶相對于漏磁場來說是一個短路環(huán)，從而抑制漏磁場更大范圍的泄漏。
高頻變壓器，磁心之間和繞組之間會發(fā)生相對位移，從而導(dǎo)致高頻變壓器在工作中產(chǎn)生噪聲（嘯叫、振動）。為防止該噪聲，需要對變 壓器采取加固措施：
（1）用環(huán)氧樹脂將磁心（例如EE、EI磁心）的三個接觸面進行粘接，抑制相對位移的產(chǎn)生；（2）用“玻璃珠”（Glass beads）膠合劑粘結(jié)磁心，效果更好。
要想了解3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源EMI，就要了解一下開關(guān)電源的EMI源，那么就來說說開關(guān)電源的EMI干擾源集中體現(xiàn)在功率開關(guān)管、整流二極管、高頻變壓器等，外部環(huán)境對開關(guān)電源的干擾主要來自電網(wǎng)的抖動、雷擊、外界輻射等。
先來一一說說（1）功率開關(guān)管：功率開關(guān)管工作在On-Off快速循環(huán)轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，dv/dt和di/dt都在急劇變換，因此，功率開關(guān)管既是電場耦合的主要干擾源，也是磁場耦合的主要干擾源。
（2）高頻變壓器：高頻變壓器的EMI集中體現(xiàn)在漏感對應(yīng)的di/dt快速循環(huán)變換，因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源。
（3）整流二極管：整流二極管的EMI集中體現(xiàn)在反向恢復(fù)特性上，反向恢復(fù)電流的斷續(xù)點會在電感（引線電感、雜散電感等）產(chǎn)生高 dv/dt，從而導(dǎo)致強電磁干擾。
（4）PCB：準(zhǔn)確的說，PCB是上述干擾源的耦合通道，PCB的優(yōu)劣，直接對應(yīng)著對上 述EMI源抑制的好壞。
再來說說3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源EMI傳輸通道分類
（一） 傳導(dǎo)干擾的傳輸通道：（1）容性耦合 （2）感性耦合
（3）電阻耦合 a.公共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合 b.公共地線阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合
c.公共線路阻抗產(chǎn)生的電阻傳導(dǎo)耦合
（二） 輻射干擾的傳輸通道
（1）在3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源中，能構(gòu)成輻射干擾源的元器件和導(dǎo)線均可以被假設(shè)為天線，從而利用電偶極子和磁偶極子理論進行分析；二極管、電容、功率開關(guān)管可以假設(shè)為電偶極子，電感線圈可以假設(shè)為磁偶極子；
（2）沒有屏蔽體時，電偶極子、磁偶極子，產(chǎn)生的電磁波傳輸通道為空氣（可以假設(shè)為自由空間）；（3）有屏蔽體時，考慮屏蔽體的縫隙和孔洞，按照泄漏場的數(shù)學(xué)模型進行分析處理。
3、3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源EMI抑制的9大措施
在3D打印機電源、工控設(shè)備電源等開關(guān)電源中，電壓和電流的突變，即高dv/dt和di/dt，是其EMI產(chǎn)生的主要原因。實現(xiàn)開關(guān)電源的EMC設(shè)計技術(shù)措施主要基于以下兩點：
（1）盡量減小電源本身所產(chǎn)生的干擾源，利用抑制干擾的方法或產(chǎn)生干擾較小的元器件和電路，并進行合理布局；
（2）通過接地、濾波、屏蔽 等技術(shù)抑制電源的EMI以及提高電源的EMS。
分開來講，9大措施分別是：（1）減小dv/dt和di/dt（降 低其峰值、減緩其斜率）
（2）壓敏電阻的合理應(yīng)用，以降低浪涌電壓（3）阻尼網(wǎng)絡(luò)抑制過沖（4）采用軟恢復(fù)特 性的二極管，以降低高頻段EMI（5）有源功率因數(shù)校正，以及其他諧波校正技術(shù)（6）采用合理設(shè)計的電源線濾波器（7）合理的接地處理（8）有效的屏蔽措施（9）合理的PCB設(shè)計
4、高頻變壓器漏感的控制
高頻變壓器的漏感是功率開關(guān)管關(guān)斷尖峰電壓產(chǎn)生的重要原因之一，因此，控制漏感成為解決高頻變壓器帶來的EMI首要面對的問題。減小高頻變壓器漏感兩個切入點：電氣設(shè)計、工藝設(shè)計！
（1）選擇合適磁芯，降低漏感。漏感與原邊匝數(shù)平方成正比，減小匝數(shù)會顯著降低漏感。
（2）減小繞組間的絕緣層?，F(xiàn)在有一種稱之為“黃金薄膜”的絕緣層，厚度20～100um，脈沖擊穿電壓可達幾千伏。（3）增加繞組間耦合度，減小漏感。
5、高頻變壓器的屏蔽
為防止高頻變壓器的漏磁對周圍電路產(chǎn)生干擾，可采用屏 蔽帶來屏蔽高頻變壓器的漏磁場。屏蔽帶一般由銅箔制作，繞在變壓器外部一周，并進行接地，屏蔽帶相對于漏磁場來說是一個短路環(huán)，從而抑制漏磁場更大范圍的泄漏。
高頻變壓器，磁心之間和繞組之間會發(fā)生相對位移，從而導(dǎo)致高頻變壓器在工作中產(chǎn)生噪聲（嘯叫、振動）。為防止該噪聲，需要對變 壓器采取加固措施：
（1）用環(huán)氧樹脂將磁心（例如EE、EI磁心）的三個接觸面進行粘接，抑制相對位移的產(chǎn)生；（2）用“玻璃珠”（Glass beads）膠合劑粘結(jié)磁心，效果更好。
上一條：關(guān)于工控設(shè)備電源等開關(guān)電源的layout（版面設(shè)計）與PCB的關(guān)系 | 下一條：淺談工控設(shè)備電源等開關(guān)電源如何實現(xiàn)電壓控制及內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理的
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