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噪声开关电源电流大功率开关电源的EMC测试分析及正确选择EMI滤波器

开关电源具有体积小、重量轻、效率高等优点,广泛应用于各个领域。由于开关电源固有的特点,自身产生的各种噪声却形成一个很强的电磁干扰源。所产生的干扰随着输出功率的增大而明显地增强,使整个电网的谐波污染状况愈加严重。对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁,因此解决开关电源的电磁干扰是减小电网污染的必要手段,本文对一台15kW开关电源的EMC测试,分析其测试结果,并介绍如何合理地正确选择EMI滤波器,以达到理想的抑制效果。

1 开关电源产生电磁干扰的机理

图1为所测的15kW开关电源的传导骚扰值,由图中可以看出在0、15~15MHz大范围超差。这是因为开关电源所产生的干扰噪声所为。开关电源所产生的干扰噪声分为差模噪声和共模噪声。


图1未加任何抑制措施所测得的传导骚扰

1.1共模噪声

共模噪声是由共模电流,IcM所产生,其特征是以相同幅度、相同相位往返于任一电源线(L、N)与地线之间的噪声电流所产生。图2为典型的开关电源共模噪声发射路径的电原理图。


图2 共模噪声电原理图

由于开关电源的频率较高,在开关变压器原、副边及开关管外壳及其散热器(如接地)之间存在分布电容。当开关管由导通切换到关断状态时,开关变压器分布电容(漏感等)存储的能量会与开关管集电极与地之问的分布电容进行能量交换,产生衰减振荡,导致开关管集电极与发射极之间的电压迅速上升。这个按开关频率工作的脉冲束电流经集电极与地之问的分布电容返回任一电源线,而产牛共模噪声。

1.2差模噪声

差模噪声是由差模电流IDM昕产生,其特征是往返于相线和零线之间且相位相反的噪声电流所产生。

1.2.1差模输入传导噪声

图3为典型的开关电源差模输入传导噪声的电原理图。其一是当开关电源的开关管由关断切换到导通时,回路电容C 通过开关管放电形成浪涌电流,它在回路阻抗上产生的电压就是差模噪声。


图3差模输入传导噪声电原理图

其二是工频差模脉动噪声,它是由整流滤波电容c 在整流电压上升与下降期问的充放电过程中而产生的脉动电流与放电电流,也含有大量谐波成分构成差模噪声。

以上两种差模噪声都返回到输入端的交流电网,所以称为输入传导噪声,它不仅污染电网,还给其它接人电网的电子、电气设备造成危害,还直接导致输入功率因数的下降。

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