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功率电子PFC系统的EMI分析与设计

电源与大地的分布电容比较分散,其它的分布参数我先不作分析;

从原理设计图来看,VT2的D极与散热器之间耦合电容的作用最大,从BD1到电感LB之间的电压为100Hz,而从L3到VD1和VT2的D极之间的连线的电压均为方波(梯形波)电压,含有大量的高次谐波。其次LB的影响也比较大,但LB与机壳的距离比较远(器件布局要求),分布电容比开关管和散热器之间的耦合电容小得多,因此,我们主要考虑开关管与散热器之间的耦合电容=C7。

通过上面的理论:解决PFC的30MHZ-50MHZ辐射骚扰的问题方法如下:

增加一个高频电容C8,接在开关管散热器与输出地之间,该电容与散热器的连接处离开关管越近越好,该电容选用安规电容,容量在470PF到0.01μF之间,太大会使电源的漏电流超标,经过电容C7耦合到散热器上的骚扰信号经过C8衰减,衰减的系数为:

由于C8比C7大的多,上式可以简化为:C7/C8

进行理论计算:

注意:C7为 PFC开关MOS与散热器的耦合电容;计算数据我们可以进行估算:假设C7为30PF,C8为470PF,则向外发射的骚扰信号被衰减了15.7倍,近25dB。

实际应用与理论测试一致;已指导工程师朋友们解决了很多的实际问题!

对于功率电子其有相对较大的功率EMI-传导的设计《开关电源:EMC的分析与设计》对于EMI-传导的问题我有讲插入EMI输入滤波器的设计是最快速的方法;其设计细节相关资料可以通过网络搜索作者名字下载或观看;我将容易出现困惑的地方及细节进行分析;

我通过一个实际的变频空调的例子进行分析,如下是使用2级共模滤波器结构的带有PFC设计的大功率的传导EMI的测试数据:

我们来分析10MHZ左右的包络;变频空调的系统在2KW左右,其系统有PFC电路设计;对于传导的问题,我的开关电源-PFC进行高效设计解决高频传导设计:对于超标的整改通过Y的设计优化就能解决问题!

那么超标处的理论机理是怎样的?通过理论与实际深层次进行机理分析如下;

从图示中;我们实际产品在地线的连接时,过长的地线就会存在电感Lgnd;在功率电子开关其回路中的寄生电容我用Cc来进行等效;那么电路的共模回路中就增加一个L,C谐振的状态,其振荡频率用f标示怎谐振频率为:

超标的尖峰包络基本是跟这个谐振频率相关;我将模拟测试数据提供参考:

黑色曲线数据是去除共模滤波器的测试数据;红色曲线数据是插入共模电感Y电容的2级滤波器测试数据;很明显共模回路的LC谐振产生了高频尖峰,同时共模电感的阻抗在10MHZ左右衰减也很大(即阻抗减小),即共模滤波器对>10MHZ的插入损耗低;大的谐振能量就会造成高的高频尖峰,不适合的设计就更难处理该频点的EMI问题了!

因此处理措施方法就会清晰,阿杜的老师的理论:先分析再设计;实现性价比最优化原则!

对于功率电子的EMI传导我经常让设计工程师调整系统Y电容的位置也非常有效-特别是有2级共模电感&2级Y电容结构的设计我将原理进行分析;如下图:

在图示的两级共模滤波器的结构中,Y电容的走线或连接线不合适的连接方式及接地位置不同时时,两根线之间就会存在互感M,大的互感能量就会将噪声源耦合到LISEN网络造成EMI的数据超标-出现高频的尖峰;模拟测试数据参考如下:

如图所示红色曲线数据显示的高频尖峰EMI噪声;通过改善输入滤波器的Y电容的接地点的位置,增加前后两个Y 电容地走线的平行距离再连接到机壳或公共地;从而可减小共模环路的相互耦合强度;通过选择合适的接地点就能搞定高频的尖峰EMI传导的设计!如图中的绿色曲线的模拟测试数据,功率电子系统就能通过EMI设计。

通过上面的中大功率的带PFC系统的EMI的分析和设计,任何复杂的EMI问题;我都可以通过电子设计师的EMI测试曲线找到问题的根源;大家可以在网络上搜索本作者:查询我的文章我们通过EMI的测试曲线数据分析解决EMI的问题!

任何的EMC及电子电路的可靠性设计疑难杂症;先分析再设计才是高性价比的设计!

实际应用中电子产品的EMC涉及面比较广;我的系统理论及课程再对电子设计师遇到的实际问题 进行实战分析!先分析再设计;实现性价比最优化原则!

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