EMI抑制方法分析研究.docx

EMI抑制方法分析研究EMI抑制方法分析研究研究方向：*四种抑制开关管及二极管EMI的方法解决方案：*并联RC吸收电路和串联町饱和磁芯线圈主要抑制高电压和浪涌电流*准谐振技术主耍减小开关管上的开关损耗并抑制其电磁干扰* LLC串联谐振技术可以抑制开关管及二极管EMI摘要：随着电子技术的不断进步,开关电源向高频化、高效化方向迅猛发展，EMI抑制已 成为开关电源设计的重要指标本文结合开关电源中开关管及二极管EMI产生机理，列举 出：并接吸收电路、串接可饱和磁芯线圈、传统准谐振技术、LLC串联谐振技术四种抑制 EMI的方法，并对其抑制效果进行比较分析1引言电磁干扰(EMI)就是电磁兼容不足，是破坏性电磁能从一个电了设备通过传导或辐射到 另一个电子设备的过程近年來，开关电源以其频率高、效率高、体积小、输出稳定等优 点而迅速发展起來开关电源已逐步取代了线性稳压电源，广泛应用于计算机、通信、口 控系统、家川电器等领域但是由于开关电源T作在高频状态及其高di/dt和高dv/dt, 使开关电源存在非常突出的缺点——容易产生比较强的电磁干扰(EMT)信号EMI信号不但 具有很宽的频率范围，还具有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和 电子产品造成干扰。

所以，如何降低甚至消除开关电源中的EMI问题已经成为开关电源设 计师们非常关注的问题木文着重介绍开关电源中开关管及二极管EMI的四种抑制方法2开关管及二极管EMI产生机理开关管工作在硬开关条件下开关电源自身产生电磁十扰的根本原因，就是在其工作过程 中的开关管的高速开关及整流二极管的反向恢复产生高di/dt和高dv/dt,它们产生的浪 涌电流和尖峰电压形成了干扰源开关管工作在硬开关时还会产生高di/dt和高dv/dt, 从而产生人的电磁T•扰图1绘出了接感性负载时，开关管工作在硕开关条件下的开关管 的开关轨迹，图中虚线为双极性晶体管的安全丁作区，如果不改善开关管图1开关管工作在硬”关务件下的开关条件，其开关轨迹很可能会超出安全工作区，导致开关管的损坏由于开关管的 高速开关，使得开关电源中的高频变压器或储能电感等感性负载在开关管导通的瞬间，迫 使变压器的初级出现很大的浪涌电流，将造成尖峰电压开关管在截止期间，高频变压器 绕组的漏感引起的电流突变，从而产生反电势E=-Ldi/dt,其值与电流变化率(di/dt)成正 比，与漏感量成正比，叠加在关断电圧上形成关断电圧尖峰，从而形成电磁干扰此外， 开关管上的反向并联二极管的反向恢复特性不好，或者电压尖峰吸收电路的参数选择不当 也会造成电磁干扰。

由整流二极管的反向恢复引起的干扰源有两个，它们分别是输入整流 二极管和输出整流二极管它们都是曲电流的换向引起的干扰由图2表明，tO二0时二极 管导通，二极管的电流迅速增大，但是其管压降不是立即下降，而会出现一个快速的上 冲其原因是在开通过程中，二极管PN结的长基区注入足够的少数载流了，发生电导调 制需要一定的时间tr该电压上冲会导致一个宽帯的电磁噪声而在关断吋，存在于PN 结长基区的人量过剩少数载流了需要一泄时间恢复到平衡状态从而导致很大的反向恢复电 流当七丸1吋，PN结开始反向恢复，在tl-t2吋间内，其他过剩载流子依靠复合中心复 合，冋到平衡状态这时管压降又出现一个负尖刺通常t2《tl,所以该尖峰是一个非常 窄的尖脉冲，产生的电磁噪声比开通时还要强因此，整流二极管的反向恢复干扰也是开关电源中的一个巫要干 扰源3 EM1抑制方法di/dt和dv/dt是开关电源自身产生电磁干扰的关键因素，减小其中的任何一个都可以 减小开关电源中的电磁T扰由上述可知，di /dt和dv/dt主要是由开关管的快速开关及 二极管的反向恢复造成的所以，如果要抑制开关电源中的EMI就必须解决开关管的快速开关及二极管的反向恢复所带來的问 题。

3.1并接吸收装置戲开关遊中二艙班飙图采取吸收装置是抑制电磁干扰的好办法吸收电路的基本原理就是开关在断开时为开关 提供旁路，吸收蓄积在寄生分布参数中的能量，从而抑制T•扰发生常用的吸收电路有 RC、RCD此类吸收电路的优点就是结构简单-、价格便宜、便于实施，所以是常用的抑制电磁干扰的方法1) 并接RC电路在开关管T两端加RC吸收电路，如图3所示在二次整流回路中的整流二极管D两端加 RC吸收电路，如图5所示，抑制浪涌电流2) 并接RCD电路在开关管T两端加RCD吸收电路，如图4所示3.2串接叮饱和磁芯线圈二次整流回路中，与整流二极管D串接町饱和磁芯的线圈，如图5所示nJ饱和磁芯线圈 在通过正常电流时磁芯饱和，电感最很小，不会影响电路正常上作一旦电流要反向时，磁 芯线圈将产生很大的反电动势,阻止反向电流的上升因此，将它与二极管D串联就能有效地抑制二极管D的反向浪涌电流图$并接RC吸收电路 图4并捋RDC吸收电，路3. 3传统准谐振技术一般来说，可以采用软开关技术来解决开关管的问题，如图6所示图6给出了开关管 工作在软开关条件下的开关轨迹软开关技术主要减小开关管上的开关损耗，也对以抑制 开关管上的电磁干扰。

在所冇的软开关技术中，准谐振抑制开关管上电磁干扰的效果比较 好，所以本文以准谐振技术为例，介绍软开关技术抑制EMT所谓准谐振就是开关管在电 压谷底开通，见图7开关中寄生电感与电容作为谐振元件的一部分，可完全控制开关导 通时电流浪涌与断开时电压浪涌的发生采用这种方式不仅能把开关损耗减到很小，而且 能降低噪声谷底开关要求关断时间中储存在中的能量必须在开关开通时释放掉它的平 均损耗为，由此公式町以看出，减小会导致人人降低，从而减小开关上的应力，提高效 率，减小dv/dt,即减小EMID►FDIk直流输出C图5串接可饱和fFJlvt图6开关管工作在软开关条件下3.4 LLC串联谐振技术图8为LLC串联谐振的拓扑结构从图中可以看出，两个主开关Q1和Q2构成一个半桥 结构，其驱动信号是固定50%占空比的互补信号，电感Ls、电容Cs和变压器的励磁电感 Lm构成一个I丄C谐振网络在LLC串联谐振变换器中，由于励磁电感Lm串联在谐振冋路 中，开关频率可以低于LC的木征谐振频率fs,而只需高于LLC的本征谐振频率fm便可 实现主开关的零电压开通所以，LLC串联谐振可以降低主开关管上的EMI,把电磁辐射 干扰（EMI）减至最少。

在LLC谐振拓扑中，只要谐振电流还没有下降到零，频率对输出电 压的调节趋势就没有变，即随着频率的下降输出电压将继续上升，同时由于谐振电流的存 在，半桥上下两个主开关的零电压开通条件就得以保证因此，LLC谐振变换器的工作频 率有一个下限，即Cs与Ls和Lm的串联谐振频率fm在工作频率范围fm

由上述分析可以看出，准谐振技术主要减小开关管上的 开关损耗，也可以抑制开关管上的电磁干扰，但是它不能抑制二极管上的电磁干扰，而且当输 入电压增大吋，频率提高；当输出负载增大时，频率降低，所以它的抑制效杲不是很好，—•般不能达到人们所希望的结果所以如果想得到更好的抑制效果，必须解决二极管上的 反向恢复问题，这样抑制效果才能令人们满意丄C串联谐振拓扑结构比准谐振抑制EMI的效果好其优点已在上面进行了分析5结语随着开关电源技术的不断发展，具体积越來越小，功率密度越來越大，EMI问题已经成 为开关电源稳定性的一个关键因素开关电源内部开关管及二极管是EMI主耍发生源木 文主要介绍了四种抑制开关管及二极管EMI的方法并进行了分析对比，目的是找到更为有 效的抑制EMI的方法通过分析对比得出LLC串联谐振技术的抑制效果较好，而月•其效率 随电压升高而升高，其工作频率随电压变化较大，而随负载的变化较小。