利用差模/共模分离整改开关电源的传导干扰

摘要本文首先介绍开关电源传导干扰的共模差模分解理论同时研究了滤波器各元件的在降低共模差模干扰时的作用。在此基础上对一个60W的反激电源进行进一步的传导整改使之余量达到20dB。关键词传导干扰 共模 差模 分离 整改一、前言如何快速高效而且低成本地整改开关电源的传导干扰是摆在工程师面前的一个棘手问题。用常规的方法进行滤波器元器件的更换不但费时而且还不一定能达到最佳的效果更增加了无谓的成本。按照电磁传导干扰传播的特性可将其分为解为共模Common ModeCM干扰和差模Differential ModeDM干扰。共模CM干扰定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差差模DM干扰定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。参考图1。图1 反激开关电源的共模干扰和差模干扰的信号分析滤波器的元件对差模和共模信号的抑制机理是不同的。那么我们完全可以根据分离出来的共模或差模信号的大小调整相应的元件以达到整改的目的可以大大减少产品的研发周期以及费用赢得市场先机。为此推出了利用共模差模分离技术进行高效传导整改的解决方案。该方案包含数字化接收机EM5080A业内首创的共模差模分离功能的人工电源网络EM5040B滤波器整改工装EM50401以及隔离变压器EM5060。见图2、图3。图2 CYBERTEK高效传导整改的解决方案图3 EM50401产品图片该产品具有专用的接线柱让客户不但可以使用EM50401自带的标准整改模块而且可以很方便地直接在接线柱上接上元件进行整改。举例说明60W反激开关电源传导整改的研究测试所用仪器图4 60W电源的滤波器电路图5 将原版的EMI器件移到EM50401后的传导曲线图6 将原版的EMI器件移到EM50401后的共模曲线图7 将原版的EMI器件移到EM50401后的差模曲线二、X电容由上面的共模差模曲线可以发现这个电源的共模干扰是主要的差模干扰已经很小了。下面我们可以尝试以下操作1、在原有滤波器电路的基础上改大CX2为 0.47U看有没有改善见图8、图9、图10图8 改大CX2为 0.47U传导曲线无改善图9 改大CX2为 0.47U共模曲线无改善图10 改大CX2为 0.47U差模曲线无改善2、在原有滤波器电路的基础上改小CX1电容为0.1U见图11、图12、图13图11 改小CX1为 0.1U传导曲线低频段变差图12 改小CX1为 0.1uF共模曲线无改善图13 改小CX1为 0.1uF差模曲线低频段变差结论X电容只对差模干扰有效果。在共模干扰为主的情况下再加大X电容对共模干扰的减少是没有任何用处白白增加成本。三、共模电感在原有滤波器电路的基础上改小共模电感L1到1.2mH见图14.图15、图16图14 改小共模电感L1到1.2mH传导曲线变差图15 改小共模电感L1到1.2mH差模曲线低频段明显变差图16 改小共模电感L1到1.2mH共模曲线变差结论共模电感和Y电容构成低通滤波器图28主要作用是吸收共模干扰。同时共模电感有一定的漏感正好可以当差模电感用和X电容构成低通滤波器。这样可以避免单独使用差模电感降低成本。四、Y电容在原有滤波器电路的基础上去掉CY1电容。图17 去掉CY1电容传导曲线变差图18 去掉CY1电容共模曲线变差图19 去掉CY1电容差模曲线不变结论Y电容的作用是和共模电感构成低通滤波器(图28)吸收共模干扰。但Y电容不能太大因为会引起很大的漏电导致安规有问题。医疗电源对漏电有严格的要求一般不使用或用很小的Y电容。这对传导干扰的整改带来极大的挑战。五、全面整改后的余量达到20dB为了进一步降低该电源的传导干扰我们把滤波器增加一级变成2级滤波器。1、对共模的抑制通常加入共模电感和Y电容试着在EMI电路DUT端中加入30mH共模电感虽然低频段比较理想但高频段不但没有降低反而上升。其共模扫描曲线下图所示图20图21 共模曲线2、把30mH共模电感减少到1.2mH共模电感其共模扫描曲线下图所示图22图23 共模曲线结论共模电感越大对降低低频段的传导干扰有好处但太大的共模电感对抑制高频率段效果不好原因是线圈匝数多了分布电容太大。同时基于成本考虑也不能加太大的共模电感。3、在1.2mH共模电感靠近DUT端加入Y电容其共模扫描曲线下图所示高频段效果不好图24 滤波器电路图25 共模曲线4、调整一下Y电容位置即Y电容都在共模电感靠近AC IN侧形成LC低通滤波器其共模整体曲线比较理想如下图所示图26 滤波器电路图27 共模曲线结论共模电感和Y电容的使用要沿着干扰信号的流向构成一个 LC低通滤波器的拓扑。同理差模电感和X电容也如此。图28 滤波器的工作方向5、如果把两个共模电感位置对调其结果会导致低频段上升很严重所以在整改时小容量的共模电感应靠近DUT端。图29图30 共模曲线结论小容量的共模电感应靠近DUT端优先对付高频段干扰。6、整改前后传导测试曲线对比1整改前图31 整改前滤波图32 整改前传导测试曲线2整改后的传导干扰很小平均有20dB余量图33 整改后滤波器图34 整改后传导测试曲线附不同频段的电磁兼容整改经验山重水复疑无路柳暗花明又一村。觉得不错动动发财的小手点个赞哦