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原创 开关电源噪声源分析

2019-5-16 15:46 111 2 3 分类: 测试测量

1、噪声源

             噪声源指的是造成模块EMI 的源头。开关电源产品中主要有DCDC 开关管、PFC 开关管、辅助电源开关管以及一些功率磁性元件、单片机晶振(主要影响引出的信号线)。根据以往的整改经验,最厉害的噪声一般来自DC-DC副边的整流和续流二极管。

叠层共模滤波器,绕线共模电感,贴片共模电感

            噪声的流动在模块内部及外部都是系统的,须要综合原副边、各个隔离的单元电路、周围环境等综合分析,分析噪声的流动不能仅仅把眼光集中在片面的小范围内。这一点一定要牢记:要从系统的角度全面地分析。噪声通常分为差模噪声和共模噪声,具体如下。

1.1差模噪声源

            差模噪声主要由较大的di/dt 造成的,如大电流开关回路大电流快速切换时,桥式整流电路充电截止时等。大电流切换往往伴随较大的电压尖峰(不仅仅指开关管两端的,还包括一段走线两端的),该电压尖峰是差模噪声大小的直接表现形式,电压尖峰越大则一般差模噪声越大。因此,减小差模噪声的主要方向有:

① 减小引线、走线的寄生电感以减小大电流切换时的感应噪声电压;

② 减慢开关管切换的速度;

③ 在合适的位置(如一段走线的两侧)加上去耦电容等;

1.2共模噪声源  

             共模噪声主要由较大的dv/dt 形成的,由于工作信号的铜皮不可避免的与保护地(如机壳或者一块铜皮)存在分布电容,当工作信号的一块面积(铜皮、器件体等)存在较大的电压波动(如开关切换)时就会在保护地上感应出相同频率的电流,从而形成共模噪声。因此,减小共模噪声的主要方向有:

             ①减小分布电容(减小面积或者增大距离);

             ②减慢开关的速度,减小dv/dt;

1.3 差模与共模噪声的相互转换  

             在一定条件下差模噪声和共模噪声会互相转换。共模滤波回路的阻抗不对称(Y 电容不对称或者两根功率线上的感抗不相同)将会使共模噪声转换成差模噪声;差模滤波回路相对的不平衡也会导致差模噪声转换成共模噪声。

因此,在原理图设计和PCB 设计时就应该尽可能保持滤波回路尤其是输入、输出滤波器的对称性,以避免各种噪声互相转换,尽量使噪声简单、单一。

1.4 电源模块的主要噪声源      

            不管是传导还是辐射,EMI 均主要来自dv/dt(尖峰)或di/dt(尖峰或谐振峰)的V/ns或A/ns 的地方,而不只是开关频率的dv/dt 或di/dt。电压尖峰必然伴随电流尖峰,电流尖峰也必然伴随电压尖峰,共模噪声往往和差模噪声同时产生。开关电源的主要的噪声源有PFC 开关管、PFC 二极管、DC/DC 开关管、DC/DC 二极管、功率磁性元件等,最厉害的噪声一般都来自DC/DC 的整流或续流二极管。

2、噪声流出模板的路径

2.1传导  

             传导噪声流出模块的路径主要有以下几种(按照危害大小从小到大列举):

             ①从噪声源直接通过走线和器件流出;

             ② 噪声经过一次或多次耦合(感性的或容性的)或转换(共模与差模之间)从输入滤波器内侧流出;

             ③ 保护地线连接不好,产生地噪声(这在电源系统中危害较大);

             ④ 噪声直接耦合到传导测试端口并流出模块(如输入输出相距太近产生耦合构成回路造成EMI 较大,再如功率磁性元件距离端口太近造成EMI 较大,这种情况一旦发生则很难解决,因此,要特别注意)。

2.2 辐射      

            辐射噪声流出模块的路径主要有以下几种(按照危害大小从小到大列举):

           ①噪声形成场并通过不完善的屏蔽泄漏出模块;

           ②噪声形成场耦合到模块的各个端口并从模块引出线辐射出去;

           ③从噪声源经过走线和器件传到模块的各个引出线上并从引出线出去。

辐射测试中模块的引出线是开关电源模块造成辐射的主要原因,在设计时应该尽可能地减少模块的引出线,必须引出的,能短则短。

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文章评论 2条评论)

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curton 2019-5-19 12:25

学习

curton 2019-5-16 21:49

学习
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