小功率反激电源传导与辐射抑制
屏蔽对于干扰的抑制作用用屏蔽效能来衡量,屏蔽效能A主要由吸收损耗与反射损耗来表示,总损耗越大,屏蔽体对电磁干扰的抑制能力越强,如式(6)表示[2]。
从吸收损耗的公式可以得出以下结论:
屏蔽材料越厚,吸收损耗越大;屏蔽材料的磁导率越高,吸收损耗越大;屏蔽材料的电导率越高,吸收损耗越大;被屏蔽电磁波的频率越高,吸收损耗越大。
干扰源为电场辐射源时反射损耗 [2],如式(7):(近场波,高阻抗场)
干扰源为磁场辐射源时反射损耗 [2],如式(8):(近场波,低阻抗场)
干扰源为电场源或者磁场源时反射损耗 [2],如式(9):(远场波)
从反射损耗的公式可以得出以下结论:
屏蔽材料的磁导率越低,吸收损耗越大;屏蔽材料的电导率越高,吸收损耗越大。
从以上我们可以得出结论:
A:低频:吸收损耗很小,屏蔽效能主要决于反射损耗。而反射损耗与电磁波的性质关系很大,电场波的屏蔽效能远高于磁场波。
B:高频:随着频率升高,电场波的反射损耗降低,磁场波的反射损耗增加,吸收损耗增加,当频率高到一定程度时,屏蔽效能主要由吸收损耗决定。
C:距离的影响:距离电场源越近,则反射损耗越大。对于磁场源,则正好相反。要获得尽量高的屏蔽效能,屏蔽体应尽量靠近电场辐射源,尽量远离磁场辐射源。
2.7磁珠的应用
磁珠由铁氧体组成,它把交流信号转化为热能,当导线中流过电流时,它对低频电流几乎没有什么阻抗,但对高频电流会有较大的衰减作用。磁珠抑制能力与它的长度成比例。不过磁珠的运用会提高产品温升,同时降低产品的可生产性,对于高功率密度的小功率电源来说,尽量避免使用。
2.8减缓驱动
增大MOS管驱动电阻,使得MOS管的开通时间与关断时间增加,使dv/dt值变小。不过这种方式会增加开关管的开关损耗,只有在没有其他有效解决办法时推荐使用。比如MORNSUN公司的LH15XX某型号,在确定不能更改变压器结构与PCB布局情况下,只有增大驱动电阻,牺牲少许的效率来换取辐射干扰达到EN55022 CLASS B指标。
3 案例
图2是采用无锡硅动力(Si-power)SP56XX系列芯片(含抖频,降频和跳频技术)做的小功率模块电源产品(37*23*15mm),功率为5W,开关频率65KHz,通过精心的设计,在没有图1中输入EMI滤波电路和无Y电容的情况下,使产品的传导和辐射指标分别满足class A级和B级的要求,并能满足最新的能源之星V的标准,图3、图4是该产品的EMI测试图(产品通过了UL/CE认证)。由于电路简单,元件少,该系列电源在批量生产时不良率仅为50PPM。
4 结论
高功率密度是电源发展的一个方向,小功率反激电源也一样。不过由于小功率电源要求体积小,成本低,它的EMI设计受到体积、热设计和易生产性等方面的影响,可以发挥的空间已经很小。需要设计人员从开始阶段就要注意PCB布局,注重电源的结构设计与输入输出滤波网络设计,优化变压器设计,设计中期通过更改输入EMI滤波器参数进行现场调试,调试没有效果的情况下通过增加磁珠,改变驱动等牺牲其他性能的方式达到传导和辐射指标。
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