电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。它主要出现在输电线电晕噪声、汽车噪声、接触器自身噪声等。电磁环境对人类有中、短波及微波电磁辐射的影响,对电子产品在系统中的应用也产生不小的影响。
由于开关电源工作频率高,内部产生很快的电流、电压变化,即dv/dt和di/dt,导致开关电源模块将产生较强的谐波干扰和尖峰干扰,并通过传导、辐射和串扰等耦合途径影响自身电路及其它电子系统的正常工作,当然其本身也会受到其它电子设备电磁干扰的影响。
进行开关电源的电磁兼容性设计时,首先进行一个系统设计,明确以下几点:
1. 明确系统要满足的电磁兼容标准;
2. 确定系统内的关键电路部分,包括强干扰源电路、高度敏感电路;
3. 明确电源设备工作环境中的电磁干扰源及敏感设备;
4. 确定对电源设备所要采取的电磁兼容性措施。
DC/DC变换器内部噪声干扰源分析
二极管反向恢复时电流电压波形 二极管正向导通电流电压波形在正激式、推挽式、桥式变换器中,流过开关管的电流波形在阻性负载时近似矩形波,含有丰富的高频成分,这些高频谐波会产生很强的电磁干扰,在反激变换器中,流过开关管的电流波形在阻性负载时近似三角波,高次谐波成分相对较少。开关管在开通时,由于开关时间很短以及逆变回路中引线电感的存在,将产生很大的dV/dt突变和很高的尖峰电压,在开关管的关断时,由于关断时间很短,将产生很大的di/dt突变和很高的电流尖峰,这些电流、电压突变将产生很强的电磁干扰。
电感、变压器等磁性元件引起的电磁干扰:在开关电源中存在输入滤波电感、功率变压器、隔离变压器、输出滤波电感等磁性元件,隔离变压器初次级之间存在寄生电容,高频干扰信号通过寄生电容耦合到次边;功率变压器由于绕制工艺等原因,原次边耦合不理想而存在漏感,漏电感将产生电磁辐射干扰,另外功率变压器线圈绕组流过高频脉冲电流,在周围形成高频电磁场;电感线圈中流过脉动电流会产生电磁场辐射,而且在负载突切时,会形成电压尖峰,同时当它工作在饱和状态时,将会产生电流突变,这些都会引起电磁干扰。
控制电路中周期性的高频脉冲信号如振荡器产生的高频脉冲信号等将产生高频高次谐波,对周围电路产生电磁干扰。开关电源中的布线设计非常重要,不合理布线将使电磁干扰通过线线之间的耦合电容和分布互感串扰或辐射到邻近导线上,从而影响其它电路的正常工作。热辐射产生的电磁干扰,热辐射是以电磁波的形式进行热交换,这种电磁干扰影响其它电子元器件或电路的正常稳定工作。电网中的谐波干扰、雷电、太阳噪声及周围的高频发射设备引起的干扰。
电磁干扰将造成传输信号畸变,影响设备的正常工作。对于雷电、静电放电等高能量的电磁干扰,严重时会损坏设备。而对于某些设备,电磁辐射会引起重要信息的泄漏。