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2018.08.23 AC/DC

EMI对策

非隔离型降压转换器的设计案例

前一篇文章介绍了主要部件的选型和常数计算的相关内容。本文将介绍降低EMI的对策。

近年来,EMC可谓是电子设备的重要课题之一。世界各国对EMC都有限制规定,在进行设备设计时必须满足相关要求。在此之前,可以说是因为存在当开关电源散布噪声时将使设备的S/N降低,从而使设备无法满足规格要求的情况,因此必须采取噪声对策。

另外,由于偶见混淆EMC和EMI等术语的情况,下面先整理一下这些术语。

・EMI(Electro Magnetic Interference):电磁干扰
  电波和高频电磁波成为噪声而影响电子设备等,或是会造成影响的电磁波。
  -传导噪声:经由线缆和PCB板布线传导的噪声
    > 差模(常模)噪声:发生在电源线之间,且传输方向和电流相同的噪声
    > 共模噪声:透过金属外壳等,通过杂散电容等,回到信号源头的噪声
  -辐射噪声:释放到空气中的噪声

・EMS(Electro Magnetic Susceptibility):电磁敏感性
  指即使受到电磁波的妨碍、干扰(EMI:传导噪声及辐射噪声)也不会引起损坏的能力与耐受性。

・EMC(Electro Magnetic Compatibility):电磁兼容性
  EMI+EMS。辐射(Emission:排放,发射)对策和抗扰性(Immunity:耐受性)的兼容及其对策。

EMI从路径来看,分成传导噪声和辐射噪声,传导噪声根据传导方式,又可以再细分成差动模式噪声和共模噪声。

EMI对策

正如在上述术语解说中所述,EMI是会对其他电路造成影响的,因此,其对策的关键是防止产生噪声。产生噪声的主要原因是大电流开关的节点或线路。基本对策是增加起到阻抗匹配和旁路/滤波作用的电容器、电阻/电容电路。下面再次给出整体电路,一起来看一下对策要点。

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・在输入端增加滤波器

输入电压是带有纹波的高电压,并通过内置MOSFET来高速ON/OFF,所以在输入端增加滤波器可降低噪声。

・在内置MOSFET的漏极-源极间增加电容器

即电路图中的C8。电容值需要47~100pF左右,耐压需要500V以上。这种做法可降低高速开关引起的OFF时的浪涌。另外也是一种缓冲方式。但是,会增加损耗,因此必须注意温度上升情况。

・给输出整流二极管D4增加RC缓冲电路

与D4并联增加C9:500V/1000pF、 R10:10Ω/1W左右。这种做法可降低ON/OFF时产生的尖峰电压,这与输入缓冲电路的思路相同。由于常数只是参考值,所以必须先确认实际噪声后再加以调整。

・在输出端增加LC滤波器

右侧电路图是在输出端增加了LC滤波器的示例。L2是10µH,C10是10µF~100µF左右)

输出电压中存在着取决于开关频率的纹波,以及谐波、电感和电容器所引起的噪声。当这些噪声造成困扰时,在输出端增加LC滤波器可有效解决该困扰。

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这些是主要的噪声对策。不论何种方式,都必须测量噪声,或至少确认噪声对设备造成的影响。准确测量噪声需要具备测量环境和装置。无法定量测量噪声值时,有时可以从设备的S/N等性能层面来掌握是否会造成影响以及影响的程度。

这里提到的对策,是属于电源电路结构上的噪声对策。噪声的产生也和PCB板布局、元器件配置、元器件性能等有关系。在某些情况下,可能需要将LC滤波器由简单的L型升级为π型或T型,或在电路板上设置屏蔽等。

此外,某些设备规格还必须符合噪声标准(比如国际无线电干扰特别委员会(CISPR)颁布的标准等)。当需要满足某些标准要求时,是需要从设计阶段开始就必须谨记的,这一点是非常重要的。

关键要点:

・作为EMI对策,可以尝试在输入端增加滤波器、给开关(D-S间)增加电容器、给输出整流二极管增加缓冲电路。

・针对输出噪声,可在输出端增加LC滤波器。

・PCB板布局的影响也很大,因此需要结合起来综合探讨。

非隔离型降压转换器的设计案例