電源適配器開關電路的EMI模型

電源適配器開關電路在工作的過程中,電路中的電壓和電流快速變化,引起兩方面的結果,一是部分變化的電流傳導到電源適配器輸入端和負載端,對連接在電網上的其他設備或者負載形成干擾,這稱為傳導干擾;另一方面是在空間產生交變電磁場,通過空間耦合和傳播對于臨近的設備構成干擾,這稱為輻射干擾?

傳導干擾的抑制主要從電路方面下手來解決,比如增加EMI濾波器,而輻射干擾則更多的是通過屏敲的方法來抑制?由于兩者傳播的機理不同?抑制的方法也不同,因此通常都分開來討論?

電源適配器廠冢在這里主要介紹傳導EM模型,在較后會定性介紹輻射干擾的產生和傳播途徑,并簡單介紹抑制的方法?

  在EMI標準中,采用特定的電路來測量一個被測設備(DDUT)產生的傳導干擾,其電路見圖

  特別需要指出的是,圖中畫出了參考地,這在分析傳導EMI的過程中是非常重要的?

圖中左側由電感?電容和500電阻構成的電路稱為人工120w電源適配器網絡(LineIm Stabilization Network-LSN),采用LSN的目的是確定測試時被測設備的輸入電源適配器側的阻抗?實際的電網阻抗是千差萬別的,不可能針對每一種情況都進行測試,因此選擇這一特定的網絡阻抗作為標準,在這一標準的電網阻抗條件下進行測試?

而標準規定了每一根輸入導體上的傳導干擾電流流經LISN,在500電阻上產生的較高電壓限制值,該限值以150kHz-30MHz頻段的頻譜形式給出典型的傳導EMI標準的限值見表10-121?圖10-3中給出了2條限值曲線,上面的一條是接收機采用準峰值檢波電路時的限值,下面一條是采用平均值檢波電路時的限值?一般來說,符合標準的電磁兼容接收機同時具備這兩種檢波電路,可以通過設置在兩種檢波方式間切換?

  雖然標準規定的是uA和uB的限值,但通過對傳導干擾產生機理的分析發現,uA和uB并不是完全無關的兩個量,二者之間的差值(uA-uB)與干擾源的某些特征有關,而二者的平均值(uA+uB)2與干擾源的另一些特征有關,因此將uA-u3稱為差模成分,而將(uA+uB)/2稱為共模成分?差模成分和共模成分產生的機理有所不同,抑制的措施也有所不同,具有相對的獨立性,因此傳導EMI的建模以及抑制電路的設計都是針對差模和共模成分分別進行的?

5伏電源適配器傳導EMI標準中限定的干擾信號頻率范圍是150kHz~30MHz,而在這個頻段內,電路產生的電磁波的波長較短也達到10m,遠遠大于通常開關電路的尺寸,因此電路中的各個導體仍然可以看成是等勢體,下面的建模過程都是以這個假設為基礎的?

以圖中的Buck電路為例,畫出電源適配器側和負載側電路后見圖?

圖中C,是電路中各個導體與參考地之間的分布電容,電容值很小,通常僅有1~100pF,但卻是傳導EMI模型的重要參數,不能忽略?

  適配器研發制造廠商在建立電源適配器傳導EMI的模型過程中,需要在以下幾個假設條件之下對電路進行簡化:

1)電路中的各個導體是等勢體?

傳導EMI標準中限定的干擾信號頻率范圍是150kHz-30MHz,面在這個頻段內,電路產生的電磁波的波長較短也達到10m,遠遠大于通常開關電路的尺寸,因此電路中的各個導體仍然可以看成是等勢體,下面的建模過程都是以這個假設為基礎的?

2)電路中的較大的電容可以視為短路?傳導EM標準中限定的干擾信號頻率范圍是150kHz~30MHz?例如,當頻率為150kHz時,1pF的電容阻抗僅有約l,遠遠小于電路中其他元件的阻抗,甚至小于很多寄生參數的阻抗,因此大于1μF的電容均視為短路?當然實際的電容元件存在等效寄生電阻和等效寄生電感,因此不能完全視為短路,但其等效電路中電容部分的阻抗仍可忽略?

3)較大的電感元件可以視為開路?同樣的道理,在傳導EM標準中限定的頻段中,電感元件呈現較大的阻抗,當頻率為150kHz時,1mH的電感其阻抗約為1kΩ,遠遠大于其他元件的阻抗,因此可以視為開路?當然實際的電感元件存在等效并聯電容,不能視為開路,但等效電路中的電感部分仍然可以近似按開路處理?

在這樣的假設下,5伏電源適配器將電路中的開關和二極管用電壓源來等效,其電壓與被替換的開關或二極管的電壓相等?