开关电源中的电磁干扰与抑制

开关电源中的电磁干扰与抑制开关电源中的电磁干扰与抑制陶显芳2009.11.141PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建（（ElectroElectro--magneticInterferencemagneticInterference）分）分电场干扰电场干扰EIEI（（ElectroInterferenceElectroInterference））和和磁场干扰磁场干扰MIMI（（magneticmagneticInterferenceInterference）两种。）两种。电场电场和和磁场磁场分别是两种性质不同，可携带能量的介质，它们的分分别是两种性质不同，可携带能量的介质，它们的分布充满整个宇宙空间，并且两者之间的能量可以互相转换；当某布充满整个宇宙空间，并且两者之间的能量可以互相转换；当某处电、磁场的位能产生变化时，整个宇宙空间中的电、磁场都需处电、磁场的位能产生变化时，整个宇宙空间中的电、磁场都需要重新进行分布，并以每秒钟要重新进行分布，并以每秒钟3030万公里的速度进行传播，因此，万公里的速度进行传播，因此，电、磁干扰无处不在。电、磁干扰无处不在。产生电场干扰的基本原因，是带电物体的电荷在重新进行分布，产生电场干扰的基本原因，是带电物体的电荷在重新进行分布，即，分布电容在不断进行充放电；产生磁场干扰的基本原因，是即，分布电容在不断进行充放电；产生磁场干扰的基本原因，是流过导体中的电流大小和方向在不断改变，即，分布电感产生的流过导体中的电流大小和方向在不断改变，即，分布电感产生的磁通大小和方向在不断地变化。磁通大小和方向在不断地变化。3PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建电场感应与电容电场感应与电容Ø感应带电也叫极化带电，当某物体靠近另一带电物体时，就会被感应带电；一端带正电，另一端带负电。ü提问：用手触摸感应带电体，会不会触电？4PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建答答案：案：人体触模静电场中任何带电物体都会产生触电的危人体触模静电场中任何带电物体都会产生触电的危险！险！安全标准对静电感应也有要求，规定带电体储存电荷安全标准对静电感应也有要求，规定带电体储存电荷的大小，不能大于的大小，不能大于45uC(45uC(微库伦微库伦))，或放电的能量不能，或放电的能量不能大于大于350mJ(350mJ(毫焦耳毫焦耳))。。带电体储存电荷的多少，与电强度的大小有关，以及带电体储存电荷的多少，与电强度的大小有关，以及与带电体电容的大小有关。在电场中的任何导体都可与带电体电容的大小有关。在电场中的任何导体都可以把它看成是一个电容，导体的表面积越大，电容的以把它看成是一个电容，导体的表面积越大，电容的容量就越大。容量就越大。5PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建=-=12感应电压dEV=U1、U2分别为感应带电体的端电位，d为感应带电体的长度-+u被极化带电体每处地方电位都是不同的，当带电体上的电位发生变化时，被极化带电体中就会产生位移电流。6PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建当带电体的极性或电场方向改变时，感应导体中就会产生位移电流。所以位移电流也称极化电流。l当感应导体的长度正好等于半个波长的整数倍时，就会产生谐振，同时会产生很强的电磁辐射。位移电流I等于电场强度E乘以迁移率m，即：I=E×mØ由于感应导体中的电场强度每处都不一样，所以导体中位移电流大小每处都是不一样的。7PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建任何一个带电体都可以看成是一个电容任何一个带电体都可以看成是一个电容，一个孤立球导，一个孤立球导体的电容等于表面积除以半径，即：体的电容等于表面积除以半径，即：地球的电容量为：7×10-4(F)——对于无限远处；对对于电离层，地球的电容大约为于电离层，地球的电容大约为11法拉。法拉。电容器可以看成是两个孤立导体的组合，其中一个带正电，另一个带负电。两个孤立导体之间的电容为：rπε4UQC0==1UQ1C=2UQ2C-=QVQU2QU1C21C11C1=-+=+=VQC=即，两个孤立导体之间的电容为：即，两个孤立导体之间的电容为：——对于无限远处8PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建磁场感应与干扰磁场感应与干扰Ø当载流体中有电流流过时，在其周围就会产生磁场，交变磁场会使周围电路产生感应电动势，即，干扰。Ø当载流体的长度可与干扰信号的波长可比拟时，载流体中的电流就不再是处处相等的，这种电流称为位移电流。10PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建=dΦ/dt=SNdB/dt=Ldi/dt,e1=M1di/dt,e2=M2di/dt,Φ为磁通量，S为磁通面积，N为线圈匝数，B为磁感应密度，L0、L1、L为各线圈的电感量、M1、M2为互感。12PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建（（ElectromagneticInterferenceElectromagneticInterference），），有两种：有两种：传导干扰传导干扰和和辐射干扰。辐射干扰。ØØ传导干扰传导干扰主要是电子设备产生的干扰信号是通过导主要是电子设备产生的干扰信号是通过导线或公共电源线进行传输，互相产生干扰。进一步线或公共电源线进行传输，互相产生干扰。进一步细分，细分，传导干扰传导干扰又分又分共模干扰共模干扰和和差模干扰差模干扰。。ØØ辐射干扰辐射干扰是指电子设备产生的干扰信号是通过天线是指电子设备产生的干扰信号是通过天线耦合的方式进行传送，把干扰信号传给另一个电路耦合的方式进行传送，把干扰信号传给另一个电路网络或电子设备。进一步细分，网络或电子设备。进一步细分，辐射干扰辐射干扰又分又分电场电场辐射辐射和和磁场辐射磁场辐射。。13PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建=CI−DIV2=CI+DIV3=DI对传导干扰信号进行测量传导干扰分差模干扰DI和共模干扰CI两种14R1、R2、R3、R4为接地电阻，C1为分布电容。在样机送检测部门测试之前，自己一定要先进行摸底测试，以降低测试成本。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建传导干扰详解回路电流产生传导干扰Ø我们可以把每个回路都看成是一个感应线圈，或变压器线圈的初、次级，当某个回路中有电流流过时，另外一个回路中就会产生感应电动势，从而产生干扰。减少干扰的最有效方法就是尽量减少每个回路的有效面积。15PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建、e2、e3、e4为磁场对回路感应产生的差模干扰信号。Øe5、e6、e7、e8为磁场对地回路感应产生的共模干扰信号。Ø共模信号的一端是线路板，另一端是大地。Ø线路板中的公共端不能算为接地，因此，公共端不要与外壳相接，除非机壳接大地，否则，公共端与外壳相接，共模辐射干扰更严重。16PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建变压器漏磁对回路产生电磁感应Ø在所有电磁感应干扰之中，变压器漏感产生的干扰是最严重的。如果把变压器的漏感看成是变压器感应线圈的初级，则其它回路都可以看成是变压器的次级，因此，在变压器周围的回路中，都会被感应产生干扰信号。减少干扰的方法，一方面是对变压器进行磁屏蔽，另一方面是尽量减少每个回路的有效面积。17PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建对变压器屏蔽，主要是减小变压器漏感磁通对周围电路产生电磁感应干扰，以及对外产生电磁辐射干扰。从原理上来说，非导磁材料对漏磁通是起不到直接屏蔽作用的，但铜箔是良导体，交变漏磁通穿过铜箔的时候会产生涡流，而涡流产生的磁场方向正好与漏磁通的方向相反，部分漏磁通就可以被抵消，因此，铜箔对磁通也可以起到很好的屏蔽作用。用铜箔对变压器进行屏蔽18PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建Ø两根相邻的导线，如果电流大小相等，电流方向相反，则它们产生的磁力线可以互相抵消。Ø对于干扰比较严重或比较容易被干扰的电路，尽量采用双线传输信号，不要利用公共地来传输信号，公共地电流越小干扰越小。19PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建任何二点间有电位差就是任何二点间有电位差就是共模源，共模源，这这二点二点间的间的引线引线都都可以看成是可以看成是共模天线。共模天线。nn共模天线的一极是线路共模天线的一极是线路板，另一极是连接电缆中的板，另一极是连接电缆中的地线；由于线间电容之间的地线；由于线间电容之间的耦合，整条电缆上都污染上耦合，整条电缆上都污染上了共模电流。了共模电流。nn差模信号的两条传输线也差模信号的两条传输线也会产生共模辐射。会产生共模辐射。uu当频率达到当频率达到MHzMHz级时，级时，nHnH的分布电感和的分布电感和pFpF级的分布级的分布电容，都将对共模辐射产生重要影响电容，都将对共模辐射产生重要影响。。20PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建为脉冲上升时间（幅度从10%升到90%的时间），τr越短频谱越宽。21n任何一个非正弦波都可以看成是非常多个上升和下降速率不同的信号（或不同频率的正弦波）相互迭加而成，电磁辐射强度与电压或电流的变化速率成正比。PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建共模电流辐射产生的结果共模电流辐射产生的结果比差模电流辐射更严重比差模电流辐射更严重从扁平馈线中抽取两根相邻的导线做实验，线长从扁平馈线中抽取两根相邻的导线做实验，线长11米，分别米，分别给两导线加以共模和差模电流，在离导线对给两导线加以共模和差模电流，在离导线对33米处按米处按GB9254GB9254规定测量骚扰场强。规定测量骚扰场强。实验表明如果该处场强要达到实验表明如果该处场强要达到BB类设备的限值（类设备的限值（3030～～230230MHzMHz时为时为40dB40dBμμV/mV/m））,,则差模电流要求为则差模电流要求为2020mAmA，，而共模电而共模电流只要流