帶整流橋輸入級(jí)的開關(guān)電源差模干擾特性

摘要帶整流橋輸入級(jí)的開關(guān)電源電網(wǎng)側(cè)的差模噪聲存在出現(xiàn)兩種分量:整流橋?qū)ㄆ诋a(chǎn)生的木質(zhì)差模干擾分量和整流橋關(guān)斷期產(chǎn)生的棍合模式干擾分量。木文分別對(duì)木質(zhì)差模和棍合干擾的禍合途徑和作用機(jī)理進(jìn)行了分析，建立了描述兩種差模干擾禍合的集中參數(shù)等效電路模型，對(duì)二種EMI濾波器的抑制效果進(jìn)行了定量計(jì)算和對(duì)比，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證木文研究方法的正確性。

關(guān)鍵詞:電磁兼容差模干擾濾波器開關(guān)電源

1引言

隨著開關(guān)電源在現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)中日益廣泛的應(yīng)用，其功率變換單元的PWM開關(guān)器件產(chǎn)生的電磁干擾(EM I問題也逐漸引起了設(shè)計(jì)和應(yīng)用人員的重視[1--3]。隨著國(guó)際和國(guó)內(nèi)電磁兼容(EMC)法規(guī)的日益完善和嚴(yán)格執(zhí)行，設(shè)計(jì)和解決開關(guān)電源產(chǎn)品的電磁干擾問題顯得尤為重要。濾波器是降低電磁干擾發(fā)

射的常規(guī)手段，但傳統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)過程是通過反復(fù)的“試探一糾錯(cuò)”來實(shí)現(xiàn)，缺乏系統(tǒng)性的機(jī)理研究，不但耗費(fèi)資金，而且延誤產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)機(jī)[[4]

通常根據(jù)傳導(dǎo)禍合方式的不同將電磁干擾分為差模(DM)和共模(CM)兩種[}4} : DM是由快速電流變化率(dildt的開關(guān)電流作用在電路寄生電

感上形成的噪聲;CM則是由于快速電壓變化率

( dv/dt)的開關(guān)電壓作用在對(duì)地寄生電容上形成的噪聲干擾。在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，需要將DM和CM分別進(jìn)行考慮以達(dá)到濾波器參數(shù)的最優(yōu)化和濾波效果

的最大化[[5, 6]多數(shù)文獻(xiàn)在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)都是針對(duì)理想情況的，沒有考慮到DM和CM的交互影響。但是已有文獻(xiàn)防”}研究表明，當(dāng)帶有整流橋輸入級(jí)的

開關(guān)電源變換器工作在非連續(xù)工作模式卜時(shí)，共模電流禍合通道的不平衡性會(huì)產(chǎn)生一種新型的差模噪聲分量一混合模式干擾(MM )}其在大多數(shù)的EMI

研究中常被忽略。雖然文獻(xiàn)fgl對(duì)這種新發(fā)現(xiàn)的干擾的形成機(jī)理和抑制方法進(jìn)行了研究，由于沒有給出定量分析，所以對(duì)實(shí)際應(yīng)用的指導(dǎo)意義不大。因此，

有必要繼續(xù)研究這種差模干擾的產(chǎn)生機(jī)理和建模方法，這對(duì)于開關(guān)電源的EMI濾波器的定量設(shè)計(jì)有著重要的意義。

2差模干擾模型

圖I給出了一臺(tái)反激式開關(guān)電源變換器傳導(dǎo)EMI的測(cè)試布置圖。圖I中線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò) C LISN)的卞要作用是為EMI受測(cè)設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)的5052噪聲負(fù)載阻抗，以保證測(cè)試結(jié)果的正確性和可比較性[[4]。按照一般的理論，DM電壓為禍合在兩個(gè)5052電阻上電壓的差值，CM電壓為禍合在兩個(gè)5052電阻上電壓的平均值，分別由式(l和式(2}給出

3差模干擾抑制方法分析

3.1差模X電容

基于木文所建立的電路模型，卜而對(duì)常見的EMI濾波方式進(jìn)行分析研究。首先考慮X電容對(duì)差

3.2差模電抗器

在木文的分析中，采用雙差模電抗器對(duì)稱設(shè)置

3.3共模Y電容

通常的EMI分析認(rèn)為，共模Y電容對(duì)差模干擾的抑制作用卞要來自于其等效串聯(lián)電容效應(yīng)。但是根據(jù)木文的分析，差模干擾的卞導(dǎo)分量—棍合干

擾是共模作用機(jī)理的噪聲模式，因此可以初步判定Y電容對(duì)共模噪聲有抑制作用的同時(shí)也會(huì)大大降低電網(wǎng)側(cè)的差模噪聲發(fā)射。圖7a給出了雙Y電容的

設(shè)置方式，圖7b給出了計(jì)算干擾的等效電路模型。

則IDM和MM電壓可表達(dá)為

4結(jié)論

帶整流橋輸入級(jí)的開關(guān)電源在電網(wǎng)側(cè)產(chǎn)生的差模干擾不但有木質(zhì)差模分量，而且還有不對(duì)稱的共模電流形成的混合模式分量。在實(shí)際的EMI濾波器

設(shè)計(jì)中，如果沒有注意到混合干擾在差模干擾的主導(dǎo)地位，僅考慮理想化的木質(zhì)差模，將會(huì)影響濾波器的設(shè)計(jì)。木文得出的模型和分析方法可為EMI濾

波器設(shè)計(jì)工作提供一定參考價(jià)值，有助于減少繁瑣的“試探一糾錯(cuò)”工作。