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电源设计小贴士之解决传导性共模辐射问题

上网日期: 2012年12月05日 ?? 作者: Robert Kollman ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:电源设计? 共模电流? 共模辐射?

《电源 设计小贴士36:高压非隔离式电源下产生的共模 电流》中,我们讨论了开关级中大电压摆动如何形成共模电流的问题,并介绍了它驱动电流进入电容到机架接地的过程。在这篇《电源设计小贴士》中,我们将继续讨论共模电流的问题。

在隔离式电源中,这种情况变得更加糟糕,因为隔离变压器的次级绕组最终连接至机架接地。因此,存在相当大的初级到次级寄生电容。图1显示了一个这种情况的简化示意图。

电源设计小贴士之解决传导性共模辐射问题(电子工程专辑)
图1:Q1高压开关驱动C-STRAY中共模电流

这是一种离线工作的隔离式反向结构。110伏到220伏AC输入电源经过整流,从而向功率级提供100伏到400伏DC。电源开关迅速开启和关闭,在Q1漏极上产生500伏到600伏开关波形,其同时也施加于电源变压器的初级绕组。这种开关电压,在变压器初级绕组到次级绕组之间的杂散电容中形成电流。该电流流经负载的预设机架接地,或者只是以电容方式接地耦合。该电流必须完成噪声返回通路,从而产生开关式电源。在没有C1的情况下,它流回AC输入电源,然后流入电源的输入线,其很可能会超出EMI辐射规格。

由于其高电源阻抗,这种电流的滤波特别困难。变压器的杂散电容大小级别为100 pF,其典型电源开关频率的阻抗为10千欧。只在电流通路中添加一个电感来减小这种电流的方法并不实际。例如,如果我们希望将电流减小10倍,其要求100千欧的电抗(也即0.1亨),且分布电容小于10 pF,这并不现实。

电容器C1带来了另一种解决方案。它为电流提供了一条本地返回通路。大多数共模电流通过该电容器在电源内部回流,而不是通过AC输入电源回流。另外,C1还减小了系统的电源阻抗,这样共模串联电感L1就变得现实了。

在共模滤波器的设计过程中,一个关键因素是C1值的选择。从电磁干扰(EMI)的角度来看,其值越大越好。更大的电容可获得更小的EMI信号,且电源阻抗也更低。你可以利用电容的平方原则,估计EMI信号的减小程度。但是,高电容也意味着机架连线的线频率电流更大。另外,这种电流还有一些安全限制,目的是减少触电事故的发生机率。当电源机架连线断裂时,人员进入电流通路便会发生触电事故,如图2所示。IEC Std 601-1将这种电流的大小限制为0.5 mA RMS,同时人们还在讨论出台更为严格的安全规定。输入为230伏时,IEC可有效地将C1值限制为4700 pF。

电源设计小贴士之解决传导性共模辐射问题(电子工程专辑)
图2:C1可以成为一种触电风险

总之,驱动寄生电容机架接地的高dV/dt电压波形,会形成共模电流。这种电流特别难以滤波,原因是其存在高电源阻抗。滤波要求使用一个机架电容器,提供另一条本地返回通路,并降低阻抗。尽管从EMI滤波器的角度来看,电容越大越好,但是总电容受限于安全规定。


作者:Robert Kollman

德州仪器 (TI)







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