开关电源中的EMI分析以及抑制技术

开关电源中的EMI分析以及抑制技术MonolithicPowerSystems®TheFutureofAnalogICTechnology®TheFutureofAnalogICTechnology®内容•电磁兼容的简介•开关电源中的电磁干扰分析•电磁干扰的抑制技术MPSConfidential------InternalUseOnly33TheFutureofAnalogICTechnology®电磁兼容电磁兼容EMC电磁干扰EMI电磁抗干扰EMS传导发射CE辐射发射RE传导抗干扰CS辐射抗干扰RSTheFutureofAnalogICTechnology®电磁环境TheFutureofAnalogICTechnology®干扰导致设备系统性能下降、无法工作甚至损坏电网保护装置误动作，导致电网事故通信故障、中断，影响飞机导航危及人身安全电磁干扰的危害TheFutureofAnalogICTechnology®电子设备损坏的原因，电磁干扰的危害电磁干扰的危害不容小觑TheFutureofAnalogICTechnology®•CISPR14/EN55014家电，电动工具•CISPR15/EN55015照明产品•CISPR22/EN55022开关电源电磁干扰测试标准EN55022电磁干扰的标准TheFutureofAnalogICTechnology®TheFutureofAnalogICTechnology®干扰源耦合路径敏感设备接受机开关电源LISN耦合路径电磁兼容的三要素TheFutureofAnalogICTechnology®11Current,IswVoltage,Vsw------MOS开通关断tt干扰源TheFutureofAnalogICTechnology®12Turn-onTurn-offttCurrent,IswVoltage,Vsw------PowerDiode干扰源TheFutureofAnalogICTechnology®------变压器，电感中的du/dt变化干扰源TheFutureofAnalogICTechnology®LISN-线路阻抗稳定性网络滤除电力线中的干扰阻止开关电源中的干扰进入到电力线在150k-30MHz频率范围内能够提供稳定的50ohm电网差模噪声共模噪声MPSConfidential------InternalUseOnly1515VPCPSLISNZ21CPSVP------反激耦合路径1共模耦合路径MPSConfidential------InternalUseOnly1616VD1CSPLISNZ21CSPVD1------反激耦合路径2共模耦合路径MPSConfidential------InternalUseOnly1717VD2CPS2LISNZ21CPS2VD2------反激耦合路径3共模耦合路径MPSConfidential------InternalUseOnly1818D1D2D3D4CBSLISNACIS------反激差模耦合路径ISCEqu.LISN2ZEquivalentNoiseModel差模耦合路径MPSConfidential------InternalUseOnly1919TheFutureofAnalogICTechnology®开关电源LISN耦合路径抑制干扰源切断耦合路径如何抑制EMITheFutureofAnalogICTechnology®抑制干扰源Dutyf1srtftsf/1tA(t)FFTsfDutyπ1×fA(f)rtπ1×-20dB/Dec-40dB/Dec占空比，开关频率，以及tr、tf的影响------FFTsfDutyπ1×fA(f)rtπ1×DutyIncreasefsIncreasesfDutyπ1×fA(f)rtπ1×Tr/TfIncreasetr=tf----f傅里叶分析减小开关频率减小du/dtTheFutureofAnalogICTechnology®抑制干扰源增大驱动电阻增加snubber电路EMI效率平衡TheFutureofAnalogICTechnology®不抖频抖频抑制干扰源FFTTheFutureofAnalogICTechnology®MPS工业抖频电源芯片抑制干扰源MPS料号HFC0310HF900HFC0500集成MOS控制器900V控制器功率=80W8W=80WX电容放电NoNoYes抖频±3.5%±4%±6.7%高压启动NoYesYes降频YESYESYES短路保护YESYESYES过压保护YES(Latch)YESYES输入欠压保护HysteresisHysteresisTimerBased斜坡补偿YESYESYES***T1OutputHFC05008654321TIMERHVGNDFBCSVCCDRVInput85~265VacVCCVCCTheFutureofAnalogICTechnology®抑制干扰源HFC0500抖频控制电路2.72uA14pFTheFutureofAnalogICTechnology®抑制差模噪声D1D2D3D4CBSLISNACSISCEqu.LISN2ZISCEqu.LISN2Z增大电容或者增加LC滤波器MPSConfidential------InternalUseOnly271.散热器接原边地-切断散热器的耦合路径VP抑制共模噪声MPSConfidential------InternalUseOnly28CSPVD1CspCpsZcmVD1VP+-+输出电压比较低且原边没有屏蔽时，Vp是主要共模干扰源输出电压比较高且原边有屏蔽时，需要考虑VD1的共模干扰抑制共模噪声2.优化变压器的共模噪声CPSVPTheFutureofAnalogICTechnology®变压器的共模噪声以及抑制BADCC-DA-BBA差C-DA-BBA好B-XC-DX-ABAxx最差2.优化变压器的共模噪声a.改变变压器的端子来减小CpsTheFutureofAnalogICTechnology®变压器的共模噪声以及抑制2.优化变压器的共模噪声b.采用屏蔽较小Cps304-X5-6X-3BAxxBADCipsispCSPCpsIpsVPCPSLISNZ21TheFutureofAnalogICTechnology®变压器的共模噪声以及抑制2.优化变压器的共模噪声c.平衡和干扰对消法-131BADC4-X5-6X-3BAxxipsispips=isp，icm=0θdCorePri.windingSec.windingShieldingCSPCpsCspipsispIpsisp，加屏蔽后：θ=0MPSConfidential------InternalUseOnly320.1511030MHzdBμV10090807060504030201000.1511030MHzdBμV1009080706050403020100TwotraditionalShieldingOptimizedShieldinglength低频共模噪声不需要任何滤波器就可以大大降低变压器的共模噪声以及抑制2.优化变压器的共模噪声c.平衡和干扰对消法-1MPSConfidential------InternalUseOnly3333BADCipsisp增加Ca,ips=isp，icm=0.2.优化变压器的共模噪声c.平衡和干扰对消法-2VPVDVP*Cps=VD*(Csp+Ca)VPVDicm1icm2CpsCspZcmVPVD+-+-CaCSP变压器的共模噪声以及抑制MPSConfidential------InternalUseOnly3434WithoutCaddWithCadd2.优化变压器的共模噪声c.平衡和干扰对消法-2变压器的共模噪声以及抑制MPSConfidential------InternalUseOnly35352.优化变压器的共模噪声c.平衡和干扰对消法-3变压器的共模噪声以及抑制TheFutureofAnalogICTechnology®PCB布局对噪声的影响输入环路尽可能的小高频环路尽可能小环路小分开不同的环路环路大环路不分TheFutureofAnalogICTechnology®对称连线较短不对称连接较长PCB布局对噪声的影响TheFutureofAnalogICTechnology®EMI滤波器TheFutureofAnalogICTechnology®EMI方案效率平衡一致性量产成本TheFutureofAnalogICTechnology®