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选择低EMI电源需知的几大要素

2014-06-04 16:10
汉水狂客
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  由于市场对于提升信息技术和通信设备性能的需求,因此如今的系统设计人员面临着必需设计EMI兼容产品的巨大挑战。在销售之前,所有通常被规定为具有一个高于9kHz之已调时钟信号的信息技术设备(ITE)都必须满足相关的政府标准,例如美国的FCCPart15SubpartB和欧盟的EN55022,这些标准规定了工业和商业环境(ClassA)以及家庭环境(ClassB)的最大可容许辐射发射。鉴于此类严格的EMI标准、工程人力资源限制和产品快速上市要求,使得通过EN55022标准认证之电源模块的普及率有所提高。然而重要的是必须知晓电源模块在认证时所处的电气操作条件,以避免在之后的设计过程中感到诧异。对开关模式稳压器中的EMI干扰源和场强因子有所了解将有助于设计工程师选择最佳的组件,以减轻特别是那些所需电流水平较高之尖端设备中的电磁辐射。

  由于其特殊的性质,开关电源会产生辐射到周围大气中的电磁波。脉冲电压和电流将因开关动作而出现,并直接影响辐射电磁波的强度。此外,转换器内部的寄生器件也会产生电磁辐射。图2给出了一款典型的降压型转换器,其包括功率MOSFET的寄生电感器和寄生电容器。

  EMI辐射源

  在每个开关周期里,存储在寄生电感器中的能量将和存储于寄生电容器中的能量发生共振。当能量释放时将在开关节点(VSW)上产生一个很大的电压尖峰,其最大可达输入电压的两倍,如图3所示。当MOSFET的电流能力增加时,存储在寄生电容器中的能量往往也会增加。另外,开关动作还使输入电流以及流过顶端MOSFET(ITOP)和底端MOSFET(IBOT)的电流产生脉动。此脉冲电流将在输入电源电缆和PCB板印制线(其充当了发射天线)上产生电波,从而产生辐射发射和传导发射。

  当输人电压和输出电流增加时,每个周期中功率电感器改变极性时开关节点上的电压尖峰也将增大。而且,输出电流越高,电路回路内部产生的脉冲电流越大。因此,辐射发射在很大程度上取决于被测试器件所处的电气操作条件。一般来说,辐射噪声将随着输人电压和输出功率(特别是输出电流)的提高而增加。由于作为低噪声替代方案的线性稳压器效率过低,而且在高电压和高功率级别下耗散过多的热量,因此设计工程师不得不克服因采用最先进的开关电源解决方案而引发的难题,其中的EMI抑制变得颇为棘手。

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