磁技术与电磁兼容-Santak-20080620

开关电源磁性元件与电磁干扰,陈为博士chw福州大学电气工程与自动化学院教授,博士生导师中国电源学会理事,变压器与电感器专委会主任委员,LISN,SMPS,Filter,CE,Near-fieldcoupling,Far-fieldradiation,Filter,开关电源EMI/RFI电磁干扰问题,Load,Line,开关频率提高,噪音源基波和谐波频率提高,开关速度加快,噪音源高频谐波分量增多,磁件体积减小,磁件各个结构之间电磁耦合加强,功率密度提高,元器件之间近场耦合作用加强,开关电源电磁干扰问题的重要性,Rm1,Lw1,Rw1,Cp1,周围磁场分布,理想均匀绕组没有磁场扩散,非均匀绕组有磁场扩散,电感,磁性元件的杂散参数与电磁泄漏,B,Rm2,Lw2,Rw2,Cp2,内部分布参数,外部分布参数,dB,-20dB/Dec,-40dB/Dec,电磁干扰噪声源及其特性,tpw决定了低、中频段噪音tr和tf决定了高频段噪音,1/(p*tpw),1/(p*tr),f,Vds(t),A,t,tpw,tr,T,tf,f0,f1,开关速度加快将加强高频段的噪声源电平,LISN,Vds,L,Cbus,关键参数Vds,LorLpfcandCbus,DMEMImodel,差模DM电磁干扰的通道与模型,LISN,Vds,Lpfc,DM,WithCx=0.66uF,LPFCImpedance,ESR,L,EPC,LISN,Vds,Lpfc,DMEMImodel,PFC电感分布参数对差模噪音的影响,EPCofLpfchasgreatinfluenceevenonlow-frequencyDMEMI,Cps,Ch,A,B,LISN,Cps,Vps,关键参数VpsandCps,CMEMImodel,共模CM噪音的通道和分布电容参数,Primary,Secondary,Cps,Vp,0,V(x),电荷Qps原副边之间的感应电荷ips,电荷Qp原边绕组的电场能量Cp,变压器内部的电荷分布情况与分布电容,Vp,Cps,Cp,Cps,有屏蔽层变压器原副边有效耦合电容-Cps,Primary,Secondary,Cps,CpsisakeyparameterforCMEMInoise,EffectiveCps,Transformercouplingcap,w/oshielding,w.shielding,影响变压器原副边耦合电容的因素,d,S,结构电容Co,有效电容Cps,V(x),V(x),x,x,原副边绕组间距离原副边绕组间面积原副边绕组间材料,绕组导体上的电位分布,V(x),V(x),Q=Co*U/2,Q=Co*U,Cps=Co/2,变压器原副边绕组有效共模电容示意图,电荷Q,电荷Q,变压器共模耦合电容的测试方法,沿着绕组导体上的电压分布不均匀原副边绕组之间有屏蔽,Cps,Cab=Cps+Cshs,Cab=Cps+Cshp/Cshs,a,b,a,b,网络分析仪,output,input,Cps,Cps,Icm,V,降低共模有效电容的考虑,增加原副边绕组间的距离减少原副边绕组间的面积,漏感增大,体积增大绕组损耗增大,采用更完全的屏蔽,增加空间,成本和损耗,改变电位分布,简单的方法,P,S,通过改变线端位置调整共模有效电容,Originaldesign,Modifieddesign,3-1,6-7,1-3,6-7,端口1,端口1,端口3,端口3,EMIFilter,1,3,6,7,Point1:Hot-voltageterminal,Design1,Design2,1-X,6-7,X-3,3-X,7-6,X-1,通过改变线端位置降低共模有效电容,Design3,1-X,6-7,X-3,端口1,端口1,端口1,1,3,6,7,Simplifieddesign,1-X,6-7,X-3,1-X,6-7,X-3,1-X,6-7,X-3,LessCM,Maybelittlehighloss,1,3,6,7,1,3,6,7,通过改变线端位置降低共模有效电容,Flyback电路的共模噪音源分析,Vs,Vp,Vo,Vp,Vo,Vs,Vo+Vi,Vo,-Vi,Vp,Vo,Csp,Cps,Vs,当Vs比较小，又没有shielding时,Vp和Cps是主要噪音源和噪音通道当Vs比较大，又有shielding时,Cps减小，则Vs和Csp的作用需要考虑,Flyback电路的共模噪音通道分析,Vp,Vo,Cps,Vs,Flyback电路的共模噪音抵消技术,Cps,Csp,Vp,Vs,Ip,Is,Cps,Csp,Vp,Vs,icm=|Cps*Vp-Csp*Vs|IfCps*Vp-Csp*Vs=0Min.Vcm,Vcm,Vs,Vp,Vo,Csp,Cps,调整变压器共模有效电容的方法,Cadd,x,x,外加电容,改变屏蔽层面积,Cps(x),Csp(x),P,S,Csp(d),d,改变绝缘层厚度,Min.CMwithCadd=22pF