你真的了解Buck变换器的EMC吗

2014-10-28 10:26 来源:电子信息网 作者:云际

对于刚入门电源行业的朋友来说,对于为什么要加强开关电源的EMC(电磁兼容性),并不是很了解。其实开关电源是通过改变开关器件的导通比来控制输出电压和电流的大小,通常在几十kHz以上的开关频率下工作,当开关导通时,它将流过浪涌电流 Cdv/dt;当开关断开时,其两端将会产生浪涌电压Ldi/dt,形成较强的电磁干扰源。尤其近些年来,随着半导体开关器件的不断发展,开关频率已经提高到MHz数量级,从而就使得电磁干扰愈发严重。因此就必须要采用相应的措施来加强其EMC。本文就将透过Buck变换器来看EMC问题。

Buck系统的电磁干扰

以下结合Buck变换器来具体讨论电磁干扰产生的原因和条件,从而找出抑制和消除的方法。图1是Buck变换器的原理结构图。

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图1 Buck原理结构图

主电路主要由功率开关管S、肖特基二极管D、滤波电容C、电感L、阻性负载Ro以及无感采样电阻RL组成。此电路的基本参数是输入端为36V铅酸蓄电池,输出要求为10A恒流,开关频率为50kHz。控制芯片采用SG3525,驱动芯片采用TLP250。辅助电源采用反激。主电路选择合适的闭环参数是重要的一步,合适的闭环参数可以使电路稳定,产生较小的EMD。

图2是该系统的电磁兼容性示意图,结合此图分析系统所处的电磁环境及其相互作用的情况。显然,电磁干扰既可发生在系统内部,又有可能发生在系统之间。

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图2 系统的电磁兼容性示意图

从图2中可以看出,任何一种EMI均由三部分组成:骚扰源、耦合路径和受扰体。骚扰源产生的干扰经耦合途径进入受扰体,若干扰水平超出受扰体的敏感程度就会影响其正常工作而构成干扰。与数字电路相比,由于开关电源功率开关管的高速开关动作,它产生的干扰强度较大;骚扰源主要集中在功率开关器件以及与之相连的高频变压器上;开关频率不高,主要干扰形式是传导干扰和近场干扰。一般解决EMD针对3方面:抑制骚扰源、切断干扰途径和提高受扰体的抗干扰能力。

由此可知Buck的主要骚扰源是开关管和功率二极管。由于开关频率较高,传输的能量又大,故在开关过程中会产生很高的毛刺。

由于设计的开关电源的几何尺寸远小于30MHz电磁场对应的波长,因此,电磁干扰主要考虑的是传导干扰。MOSFET在开关过程中产生的电压尖峰和振荡主要通过导线寄生电感和寄生电容干扰受扰体,开关过程越快,尖峰越高,振荡越明显,干扰越强。

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EMC Buck

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