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減小開關電源噪聲的具體措施

迪龍電源 ? 來源:迪龍電源 ? 作者:迪龍電源 ? 2022-10-27 15:40 ? 次閱讀

迪龍科技(石家莊迪龍科技有限公司)在電源模塊開關電源及車載電源領域有著20年的研發生產經驗,技術實力雄厚。

主要產品有車載充電機(OBC)、DCDC轉換器、集成一體機、電源模塊、開關電源…等,可以滿足客戶定制化需求。

公司于2002年注冊成立,占地150多畝,完成了全自動化貼裝焊接工藝、全自動化檢測、老化等工藝,可滿足月量產10萬套的供貨能力。 迪龍集團以創新的研發技術、卓越的制造能力和完善的服務體系獲得客戶的高度認可和信賴。 旨在成為全球技術領先的車載電源設備及系統解決方案優質供應商。

今天,我們就結合迪龍科技公司相關技術資料,通過本文對開關電源的差模噪聲和共模噪聲產生的原因,以及噪聲流出模板的路徑進行分析。

并針對性提出減小開關電源噪聲的具體措施,供大家參考。

01

噪聲源

噪聲源是指造成電源模塊EMI的源頭。

注釋:EMI即電磁干擾,分為傳導電磁干擾(Conducted EMI)和輻射電磁干擾(Radiated EMI)。

開關電源產品中主要有DCDC開關管、PFC開關管、輔助電源開關管以及一些功率磁性元件和單片機晶振(主要影響引出的信號線)。

根據以往的經驗,厲害的噪聲一般來自DCDC副邊的整流和續流二極管

噪聲的流動在電源模塊內部與外部都是系統的,需要綜合原副邊、各個隔離的單元電路和周圍環境等進行綜合分析。

分析噪聲的流動不能僅僅把目光集中在片面的小范圍內,要從系統的角度全面分析。

02

噪聲分類

噪聲通常分為差模噪聲和共模噪聲,具體如下。

差模噪聲源

差模噪聲主要是由較大的di/dt造成的,如大電流開關回路大電流快速切換時、橋式整流電路充電截止時等。

大電流切換往往伴隨較大的電壓尖峰,該電壓尖峰是差模噪聲大小的直接表現形式,電壓尖峰越大則差模噪聲越大。

減小差模噪聲的主要方向

減小引線和走線的寄生電感,以減小大電流切換時的感應噪聲電壓;

減慢開關管切換的速度;

在合適的位置加上去耦電容,如一段走線的兩側。

共模噪聲源

共模噪聲主要是由較大的dv/dt形成的,由于工作信號的銅皮不可避免的與保護地(如機殼或者一塊銅皮)存在分布電容

當工作信號的一塊面積(銅皮或器件體等)存在較大的電壓波動時,就會在保護地上感應出相同頻率的電流,從而形成共模噪聲。

減小共模噪聲的主要方向

減小分布電容,減小面積或者增大距離;

減慢開關的速度,減小dv/dt;

03

差模與共模噪聲的相互轉換

在一定條件下差模噪聲和共模噪聲會互相轉換。

共模濾波回路的阻抗不對稱(Y電容不對稱或者兩根功率線上的感抗不相同)將會使共模噪聲轉換成差模噪聲;

差模濾波回路相對的不平衡也會導致差模噪聲轉換成共模噪聲。

因此,在原理圖設計和PCB設計時就應該盡可能保持濾波回路的對稱性。

尤其是輸入、輸出濾波器的對稱性,以避免各種噪聲互相轉換,盡量使噪聲簡單、單一。

04

開關電源主要噪聲源

不管是傳導還是輻射,EMI均主要來自dv/dt(尖峰)或di/dt(尖峰或諧振峰)的V/ns或A/ns的地方,而不只是開關頻率的dv/dt或di/dt。

電壓尖峰必然伴隨電流尖峰,電流尖峰也必然伴隨電壓尖峰,共模噪聲往往和差模噪聲同時產生。

開關電源的主要噪聲源有PFC開關管、PFC二極管、DCDC開關管、DCDC二極管、功率磁性元件等。

厲害的噪聲一般都來自DCDC的整流或續流二極管。

05

開關電源噪聲流出模板的路徑

傳導噪聲

傳導噪聲流出模塊的路徑主要有以下幾種,按照危害大小從小到大列舉。

噪聲源直接通過走線和器件流出;

噪聲經過多次耦合或轉換從輸入濾波器內側流出;

保護地線連接不好,產生的噪聲,這在電源系統中危害較大;

噪聲直接耦合到傳導測試端口并流出模塊;

如輸入與輸出相距太近產生耦合構成回路造成EMI較大。

再如功率磁性元件距離端口太近造成EMI較大,這種情況一旦發生則很難解決,因此要特別注意。

輻射噪聲

輻射噪聲流出模塊的路徑主要有以下幾種,按照危害大小從小到大列舉。

噪聲形成場并通過不完善的屏蔽泄漏出模塊;

噪聲形成場耦合到模塊的各個端口并從模塊引出線輻射出去;

噪聲源經過走線和器件傳到模塊的各個引出線上并從引出線出去。

輻射測試中模塊的引出線是開關電源模塊造成輻射的主要原因。

我們在設計時應該盡可能地減少模塊的引出線,必須引出的,能短則短。

審核編輯 :李倩

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原文標題:分析開關電源產生噪聲干擾的原因,并提出具體措施減小噪聲。

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