1、開關電源前端概述第1頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三2開關電源前端EMC概述電力電子電路與拓撲報告人：12345第2頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三3*緒論EMC基礎理論2基本電路及其典型應用4內容提要123總結第3頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三4序論 電磁兼容是一門新興的綜合性學科。電磁兼容學科主要研究的是如何使在同一電磁環境下工作的各種電氣電子設備和元器件都能正常工作，互不干擾，達到兼容狀態。電磁兼容概述1第4頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三5電磁兼容性EMC（Electromagnetic Comp

2、atibility） 設備在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態，即該設備不會由于受到處于同一電磁環境中其他設備的電磁發射導致不允許的降級；也不會使同一電磁環境中其他設備因受其電磁發射而導致不允許的降級。電磁干擾EMI（Electromagnetic Interference) 電磁騷擾導致電子設備相互影響，并引起不良后果的一種電磁現象。輻射發射RE (Radiated Emission) 通過空間傳播的、無用的或不希望有的電磁能量。傳導發射CE (Conducted Emission) 沿電源或信號線傳輸的電磁發射。電磁敏感性EMS（Electromagnetic Susceptib

3、ility) 設備暴露在電磁環境下所呈現的不希望有的響應程度。即設備對周圍電磁環境敏感程度的度量。電磁敏感意味著電磁環境已經造成設備性能的降低。輻射敏感度RS（Radiated Susceptibility) 對造成設備性能降級的輻射騷擾場的度量。傳導敏感度CS（Conducted Susceptibility) 當引起設備性能降級時，對從傳導方式引入的騷擾信號電流或電壓的度量1.電磁兼容常用名詞術語第5頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三2.電磁干擾三要素6（1） 電磁騷擾源，指產生電磁騷擾的元件、器件、設備或自然現象；（2） 耦合途徑或稱耦合通道，指把能量從騷擾源耦合到敏

4、感設備上，并使該設備產生響應的媒介；（3） 敏感設備，指對電磁騷擾產生響應的設備。第6頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三7 電磁兼容學科研究的主要內容是圍繞構成電磁干擾的三要素進行的，即對電磁騷擾源、耦合通道和敏感設備的研究。 騷擾源的研究包括其發生的機理、時域和頻域的定量描述，以便從源端來抑制干擾的發射，通常采用濾波技術來限制騷擾源的頻譜寬度和幅值。 騷擾的耦合通道有二條：1，通過空間輻射；2，通過導線傳導。輻射發射主要研究在遠場條件下騷擾以電磁波的形式發射的規律以及在近場條件下的電磁耦合。通常采用屏蔽技術來阻斷騷擾的輻射。傳導發射討論騷擾延導線傳輸的影響。通常傳導發射通

5、過公共地線、公共電源線和互連線而實現。 電磁兼容的研究內容還包括電磁兼容控制技術、測量技術、分析預測等。3.電磁兼容研究的主要內容第7頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三8 最常用也是最基本的電磁兼容控制技術是屏蔽、濾波、接地。此外平衡技術、低電平技術等也是電磁兼容的重要控制技術。1. 屏蔽 主要用于切斷通過空間的靜電耦合、感應耦合形成的電磁噪聲傳播途徑，這三種耦合又對應于靜電屏蔽、磁場屏蔽與電磁屏蔽，衡量屏蔽的質量采用屏蔽效能這一指標。2. 濾波 在頻域上處理電磁噪聲的一種技術，其特點是將不需要的一部分頻譜濾掉。3. 接地 提供有用信號或無用信號，電磁噪聲的公共通路。 接地

6、的好壞則直接影響到設備內部和外部的電磁兼容性。4.基本的電磁兼容控制技術第8頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三9* 電磁兼容標準主要通過標準化組織來制訂，國際上制定電磁兼容的主要標準化組織如下表所示。5. 電磁兼容標準IEC(國際電工委員會)CENELEC(歐洲電工標準化委員會)由歐共體委員會授權制訂歐洲標準第9頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三10* 電磁兼容標準分為基礎標準、通用標準、產品類標準和專用產品標準。 基礎標準：描述了EMC現象、規定了EMC測試方法、設備，定義了等 級和性能判據。基礎標準不涉及具體產品。 產品類標準：針對某種產品系列的EM

7、C測試標準。往往引用基礎標準，但根據產品的特殊性提出更詳細的規定。 通用標準：按照設備使用環境劃分的，當產品沒有特定的產品類標準可以遵循時，使用通用標準來進行EMC測試。對使設備的功能完全正常，也要滿足這些標準的要求。6. 電磁兼容標準分類第10頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三11*7.產品EMC設計的重要性 產品的EMC性能好壞，還關系到產品的穩定性，影響客戶滿意度；主要表現在： （1） 產品EMC設計考慮不周易引起內部串擾，影響產品穩定性； （2） 抗外部干擾能力差，工作難穩定； （3）產生干擾會引起客戶投訴。 最后產品的EMC性能好壞還與產品的競爭力密切相關。相同的

8、產品有還是沒有通過CE認證在市場競爭中常常可以起到決定性的作用。第11頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三12*2EMC基礎理論 電磁騷擾傳播或耦合，通常分為兩大類：即傳導騷擾傳播和輻射騷擾傳播。通過導體傳播的電磁騷擾，叫傳導騷擾；通過空間傳播的電磁騷擾，叫輻射騷擾。第12頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三13共阻抗耦合由兩個回路經公共阻抗耦合而產生，干擾量是電流i或變化的電流di/dt。容性耦合在干擾源與干擾對稱之間存在著分布電容而產生，干擾量是變化的電場，即變化的電壓du/dt。感性耦合在干擾源與干擾對稱之間存在著互感而產生，干擾量是變化的磁場，即變化

9、的電流di/dt。1.EMC的傳導干擾第13頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三14共阻抗耦合干擾抑制方法1）讓兩個電流回路或系統彼此無關。信號相互獨立，避免電路的連接，以避免形成電路性耦合。2）限制耦合阻抗，使耦合阻抗愈低愈好，當耦合阻抗趨于零時，稱為電路去耦。為使耦合阻抗小，必須使導線電阻和導線電感都盡可能小。3）電路去耦：即各個不同的電流回路之間僅在唯一的一點作電的連接，在這一點就不可能流過電路性干擾電流，于是達到電流回路間電路去耦的目的。4）隔離：電平相差懸殊的相關系統（比如信號傳輸設備和大功率電氣設備之間），常采用隔離技術。第14頁，共36頁，2022年，5月20日

10、，9點9分，星期三152. 容性耦合干擾抑制方法為了抑制電容性干擾可以采取以下措施：1）干擾源系統的電氣參數應使電壓變化幅度和變化率盡可能地小；2）被干擾系統應盡可能設計成低阻；3）兩個系統的耦合部分的布置應使耦合電容盡量小。例如電線、電纜系統，則應使其間距盡量大，導線短，避免平行走線；4）可對干擾源的干擾對象進行電氣屏蔽，屏蔽的目的在于切斷干擾源的導體表面和干擾對象的導體表面之間的電力線通路，使耦合電容變得最小；第15頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三163. 感性耦合干擾抑制方法1）干擾源系統的電氣參數應使電流變化的幅度和速率盡量小；2）被干擾系統應該具有高阻抗；3）減

11、少兩個系統的互感，為此讓導線盡量短，間距盡量大，避免平行走線，；4） 對于干擾源或干擾對象設置磁屏蔽，以抑制干擾磁場。5） 采用平衡措施，使干擾磁場以及耦合的干擾信號大部分相互抵消。第16頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三172.EMC的輻射干擾 輻射干擾通過空間傳輸實質上是干擾源的電磁能量以場的形式向四周空間播。減小輻射干擾的措施主要有：1）輻射屏蔽：在干擾源和干擾對象之間插入一金屬屏蔽物，以阻擋干擾的傳播。2） 極化隔離：干擾源與干擾對象在布局上采取極化隔離措施。即一個為垂直極化時，另一個為水平極化，以減小其間的耦合。3）距離隔離：拉開干擾源與被干擾對象之間的距離，這是

12、由于志在近場區，場量強度與距離平方或立方成比例，當距離增大時，場衰減很快。4）吸收涂層法：被干擾對象有時可涂復一層吸收電磁波的材料，以減小干擾。第17頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三183.電磁干擾的模式 差模干擾（Differential-mode）：兩導線上的干擾電流，振幅相等，方向相反稱為差模干擾。 差模干擾：簡單的說就線與線的干擾。如上圖，Udm就是差模電壓，Idm就是差模電流。Idm大小相等，方向相反。第18頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三19差模電感的工作原理第19頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三20差模電容的工作原

13、理第20頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三21共模干擾（Common-mode）：兩導線上的干擾電流振幅相等，而方向相同者稱為共模干擾。第21頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三22*共模電感的工作原理第22頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三23*共模電容的工作原理第23頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三24EMI濾波前后的波形比較第24頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三25基本電路及典型應用第25頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三26* 通常有四種技術可進行電源濾波，以便抑制

14、干擾噪聲。在實際使用中，經常是混合使用其中的兩種，甚至多種技術。它們是：正負極電源線之間添加電容，即X電容；每根電源線和地線之間添加電容，即Y電容；共模抑制（兩根電源線上的抑制線圈同向繞線）；差模抑制（每根電源線有它自己的抑制線圈）。1.常用電源濾波器的類型第26頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三第27頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三282. 安規電容 安規電容是指用于這樣的場合，即電容器失效后，不會導致電擊，不危及人身安全. 它包括了X電容和Y電容。 x電容是跨接在電力線兩線（L-N）之間的電容，一般選用金屬薄膜電容； Y電容是分別跨接在電力線兩線和

15、地之間（L-E，N-E）的電容，一般是成對出現。 基于漏電流的限制，Y電容值不能太大，一般X電容是uF級，Y電容是nF級。 X電容抑制差模干擾，Y電容抑制共模干擾第28頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三29*安規電容安全等級 X電容安全等級 峰值脈沖電壓 過電壓等級（IEC664） X1 2.5kV4.0kV X2 2.5kV X3 1.2kV Y電容安全等級 絕緣類型 額定電壓范圍 Y1 雙重絕緣或加強絕緣 250V Y2 基本絕緣或附加絕緣 150V 250V Y3 基本絕緣或附加絕緣150V 250V Y4 基本絕緣或附加絕緣 150V第29頁，共36頁，2022年，

16、5月20日，9點9分，星期三30*3.電感電感量范圍與額定電流的關系第30頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三31*4. 典型應用 該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，使用時外殼應接通大地。電路中包括共模扼流圈（亦稱共模電感）L、濾波電容C1C4。L對串模干擾不起作用，但當出現共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經過耦合后總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現很大的感抗，使之不易通過，故稱作共模扼流圈。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導磁率的鐵氧體磁環上，當有電流通過時，兩個線圈上的磁場就會互相加強。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關，參見表1。需要指出，當

17、額定電流較大時。共模扼流圈的線徑也要相應增大，以便能承受較大的電流。此外，適當增加電感量，可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01F0.47F，主要用來濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點接地，能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF0.1F。為減小漏電流，電容量不得超過0.1F，并且電容器中點應與大地接通。C1C4的耐壓值均為630VDC或250VAC第31頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三32計算EMI濾波器對地的漏電流ILD=2fCVc （3）式中，ILD為漏電流，f是電網頻

18、率。以上圖為例，f=50Hz，C=C3+C4=4400pF，Vc是C3、C4上的壓降，亦即輸出端的對地電壓，可取Vc220V/2=110V。由（3）式不難算出，此時漏電流ILD=0.15mA。C3和C4若選4700pF，則C=4700pF2=9400pF，ILD=0.32mA。顯然，漏電流與C成正比。對漏電流的要求是愈小愈好，這樣安全性高，一般應為幾百微安至幾毫安。在電子醫療設備中對漏電流的要求更為嚴格。使用條件 ：使用條件包括兩方面內容：可靠性和電磁兼容性。以前只注意可靠性，現在由于環境保護意識增強，必須注意電磁兼容性。第32頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三33* 圖示出一種兩級復合式EMI濾波器的內部電路，由于采用兩級（亦稱兩節）濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。針對某些用戶現場存在重復頻率為幾千赫茲的快速瞬態群脈沖干擾的問題，國內外還開發出群脈沖濾波器（亦稱群脈沖對抗器），能對上述干擾起到抑制作用。第33頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三34第34頁，共36頁，2022年，5月20日，9點9分，星期三35在開關電源中，主要的E