1、開關電源磁性元件與電磁干擾開關電源磁性元件與電磁干擾陳陳 為為 博士博士福州大學電氣工程與自動化學院 教授, 博士生導師中國電源學會理事, 變壓器與電感器專委會 主任委員lisnsmpsfiltercenear-field couplingfar-field radiationfilter開關電源開關電源emi / rfi 電磁干擾問題電磁干擾問題loadlinep 開關頻率提高開關頻率提高噪音源基波和諧波頻率提高噪音源基波和諧波頻率提高p 開關速度加快開關速度加快噪音源高頻諧波分量增多噪音源高頻諧波分量增多p 磁件體積減小磁件體積減小磁件各個結構之間電磁耦合加強磁件各個結構之間電磁耦合加強p

2、 功率密度提高功率密度提高元器件之間近場耦合作用加強元器件之間近場耦合作用加強開關電源電磁干擾問題的重要性開關電源電磁干擾問題的重要性rm1lw1rw1cp1周圍磁場分布理想均勻繞組沒有磁場擴散非均勻繞組有磁場擴散電感磁性元件的雜散參數與電磁泄漏磁性元件的雜散參數與電磁泄漏brm2lw2rw2cp2內部分內部分布參數布參數外部分外部分布參數布參數db-20db/dec-40db/dec電磁干擾噪聲源及其特性電磁干擾噪聲源及其特性tpw 決定了低、中頻段噪音tr 和 tf 決定了高頻段噪音1/(p1/(p*tpw) )1/(p1/(p*tr) )fvds(t)attpwtrttff0f1開關速度

3、加快將加強高頻段的噪聲源電平開關速度加快將加強高頻段的噪聲源電平frequencyharmonicslisnvdslcbus關鍵參數關鍵參數 vds, l or lpfc and cbusdm emi model差模差模dm電磁干擾的通道與模型電磁干擾的通道與模型lq+dlpfclisnvdslpfcdmwith cx=0.66uflpfc impedanceesrlepcq+dlpfclisnvdslpfcdm emi modelpfc電感分布參數對差模噪音的影響電感分布參數對差模噪音的影響epc of lpfc has great influence even on low-frequen

4、cy dm emirmlwrwcpltrtctpcpschablisncpsvps關鍵參數關鍵參數 vps and cpscm emi model共模共模cm噪音的通道和分布電容參數噪音的通道和分布電容參數primarysecondarycpsvp0v(x)電荷qps 原副邊之間的感應電荷 ips電荷qp 原邊繞組的電場能量 cp變壓器內部的電荷分布情況與分布電容變壓器內部的電荷分布情況與分布電容vpcpscpcps有屏蔽層變壓器原副邊有效耦合電容有屏蔽層變壓器原副邊有效耦合電容 - cpsprimarysecondarycpscps is a key parameter for cm emi

5、 noiseeffective cpstransformer coupling capw/o shieldingw. shielding影響變壓器原副邊耦合電容的因素影響變壓器原副邊耦合電容的因素ds結構電容co有效電容cpsv(x)v(x)xxn 原副邊繞組間距離n 原副邊繞組間面積n 原副邊繞組間材料n 繞組導體上的電位分布cpsvpv(x)v(x)q=co*u/2q=co*ucps=co/2變壓器原副邊繞組有效共模電容示意圖變壓器原副邊繞組有效共模電容示意圖電荷q電荷q變壓器共模耦合電容的測試方法變壓器共模耦合電容的測試方法v 沿著繞組導體上的電壓分布不均勻v 原副邊繞組之間有屏蔽cps

6、cab=cps+cshscab=cps+cshp/cshsabab網絡分析儀網絡分析儀outputinputcpscpsicmv降低共模有效電容的考慮降低共模有效電容的考慮v 增加原副邊繞組間的距離v 減少原副邊繞組間的面積漏感增大, 體積增大繞組損耗增大v 采用更完全的屏蔽增加空間, 成本和損耗v 改變電位分布改變電位分布簡單的方法簡單的方法p s通過改變線端位置調整共模有效電容通過改變線端位置調整共模有效電容original designmodified design3-16-71-36-7端口端口1端口端口1端口端口3端口端口3emifilter1367point 1: hot-volt

7、age terminaldesign 1design 21-x6-7x-33-x7-6x-1通過改變線端位置降低共模有效電容通過改變線端位置降低共模有效電容design 31-x6-7x-3端口端口1端口端口1端口端口11367simplified design1-x6-7x-31-x6-7x-31-x6-7x-3less cm,may be little high loss13671367通過改變線端位置降低共模有效電容通過改變線端位置降低共模有效電容flyback電路的共模噪音源分析電路的共模噪音源分析vsvpvovpvovsvo+vivo-vivpvocspcpsvsv 當當vs比較小，

8、又沒有比較小，又沒有shielding時時, vp和和cps是主要噪音源和噪音通道是主要噪音源和噪音通道v 當當vs比較大，又有比較大，又有shielding時時, cps減小，則減小，則vs和和csp的作用需要考慮的作用需要考慮flyback電路的共模噪音通道分析電路的共模噪音通道分析vpvocpsvsflyback電路的共模噪音抵消技術電路的共模噪音抵消技術cpscspvpvsipiscpscspvpvsicm=|cps*vp-csp*vs|if cps*vp-csp*vs=0 min. vcmvcmvsvpvocspcps調整變壓器共模有效電容的方法調整變壓器共模有效電容的方法caddxx外加電容改變屏蔽層面積psupxhot pointcps(x)csp(x)pscsp(d)d改變絕緣層厚度1051062025303540455055606570cadd=22pno cadd cadd=66pmin. cm with cadd=22pf 220vacflyback電路共模噪音