5.輸出直流濾波電路的電磁兼容設(shè)計(jì)
輸出直流濾波電路主要用于切斷電磁傳導(dǎo)干擾沿導(dǎo)線向輸出負(fù)載端傳播,減小電磁干擾在導(dǎo)線周圍的電磁輻射。
如圖所示,L2、C17、C18組成的LC濾波電路,能減小輸出電流、電壓紋波的大小,從而減小通過(guò)輻射傳播的電磁干擾,濾波電容C17、C18盡量采用多個(gè)電容并聯(lián),減小等效串聯(lián)電阻,從而減小紋波電壓,輸出電感L2值盡量大,減小輸出紋波電流的大小,另外電感L2好使用不開氣隙的閉環(huán)磁芯,好不是飽和電感。在設(shè)計(jì)時(shí),我們要記住,導(dǎo)線上有電流、電壓的變化,在導(dǎo)線周圍就有變化的電磁場(chǎng),電磁場(chǎng)就會(huì)沿空間傳播形成電磁輻射。
C19用于濾除導(dǎo)線上的共模干擾,盡量選用低感電容,且接線要短,C20、C21、C22、C23用于濾除輸出線上的差模干擾,宜選用低感的三端電容,且接地線要短,接地可靠。
Z3為直流EMI濾波器,根據(jù)情況使用或不使用,是采用單級(jí)還是多級(jí)濾波器,但要求Z3直接安裝在金屬機(jī)箱上,好濾波器輸入、輸出線能屏蔽隔離。
6. 接觸器、繼電器等其它開關(guān)器件電磁兼容設(shè)計(jì)
繼電器、接觸器、風(fēng)機(jī)等在掉電后,其線圈將產(chǎn)生較大的電壓尖峰,從而產(chǎn)生電磁干擾,為此在直流線圈兩端反并聯(lián)一個(gè)二極管或RC吸收電路,在交流線圈兩端并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻用于吸收線圈掉電后產(chǎn)生的電壓尖峰。同時(shí)要注意如果接觸器線圈電源與輔助電源的輸入電源為同一個(gè)電源,之間好通過(guò)一個(gè)EMI濾波器。繼電器觸頭動(dòng)作時(shí)也將產(chǎn)生電磁干擾,因此要在觸頭兩端增加RC吸收回路。
7.開關(guān)電源箱體結(jié)構(gòu)的電磁兼容設(shè)計(jì)
材料選擇:沒有“磁絕緣”材料,電磁屏蔽是利用“磁短路”的原理,來(lái)切斷電磁干擾在設(shè)備內(nèi)部與外界空氣中的傳播路徑。在進(jìn)行開關(guān)電源的箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要充分考慮對(duì)電磁干擾的屏蔽效能,對(duì)于屏蔽材料的選擇原則是,當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí),選用高電導(dǎo)率的金屬材料,屏蔽效果較好;當(dāng)干擾電磁波的頻率較低時(shí),要采用高導(dǎo)磁率的金屬材料,屏蔽效果較好;在某些場(chǎng)合下,如果要求對(duì)高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果時(shí),往往采用高電導(dǎo)率和高導(dǎo)磁率的金屬材料組成多層屏蔽體。
孔洞、縫隙、搭接處理方法:采用電磁屏蔽方法無(wú)需重新設(shè)計(jì)電路,便可達(dá)到很好的電磁兼容效果。理想的電磁屏蔽體是一個(gè)無(wú)縫隙、無(wú)孔洞、無(wú)透入的導(dǎo)電連續(xù)體,低阻抗的金屬密封體,但是一個(gè)完全密封的屏蔽體是沒有實(shí)用價(jià)值的,因?yàn)樵陂_關(guān)電源設(shè)備中,有輸入、輸出線過(guò)孔、散熱通風(fēng)孔等孔洞,以及箱體結(jié)構(gòu)部件之間的搭接縫隙,如果不采取措施將會(huì)產(chǎn)生電磁泄漏,使箱體的屏蔽效能降低、甚至完全喪失。因此在開關(guān)電源箱體設(shè)計(jì)時(shí),金屬板之間的搭接好采用焊接,無(wú)法焊接時(shí)要使用電磁密封墊或其它的屏蔽材料,箱體上的開孔要小于要屏蔽的電磁波的波長(zhǎng)的1/2,否則屏蔽效果將大大降低;對(duì)于通風(fēng)孔,在屏蔽要求不高時(shí)可以使用穿孔金屬板或金屬化絲網(wǎng),在要求既要屏蔽效能高,又要通風(fēng)效果好時(shí)選用截至波導(dǎo)管等方法,提高屏蔽體的屏蔽效能。如果箱體的屏蔽效能仍無(wú)法滿足要求時(shí),可以在箱體上噴涂屏蔽漆。除了對(duì)開關(guān)電源整個(gè)箱體的屏蔽之外,還可以對(duì)電源設(shè)備內(nèi)部的元件、部件等干擾源或敏感設(shè)備進(jìn)行局部屏蔽。
在進(jìn)行箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),針對(duì)設(shè)備上所有會(huì)受到靜電放電試驗(yàn)的部分,設(shè)計(jì)出一條低阻抗的電流泄放路徑,箱體必須有可靠的接地措施,并且要保證接地線的載流能力,同時(shí)將敏感電路或元件遠(yuǎn)離這些泄放回路,或?qū)ζ洳捎秒妶?chǎng)屏蔽措施。對(duì)于結(jié)構(gòu)件的表面處理,一般主要電鍍銀、鋅、鎳、鉻、錫,這需要從導(dǎo)電性能、電化學(xué)反應(yīng)、成本及電磁兼容性等多方面考慮后做出選擇。
8.元器件布局與布線中的電磁兼容設(shè)計(jì)
對(duì)于開關(guān)電源設(shè)備內(nèi)部元器件的布局必須整體考慮電磁兼容性的要求,設(shè)備內(nèi)部的干擾源會(huì)通過(guò)輻射和串?dāng)_等途徑影響其它元件或部件的工作,研究表明,在離干擾源一定距離時(shí),干擾源的能量將大大衰減,因此合理的布局有利于減小電磁干擾的影響。
EMI輸入輸出濾波器好安裝在金屬機(jī)箱的入口處,并保證其輸入線與輸出線電磁環(huán)境的屏蔽隔離。
敏感電路或元件要遠(yuǎn)離發(fā)熱源。
對(duì)于開關(guān)電源產(chǎn)品,我們一般須遵守以下布線原則:
8.1 主電路輸入線與輸出線分開走線。
8.2 EMI濾波器輸入線與輸出線分開走線。
8.3 主電路線與控制信號(hào)線分開走線。
8.4 高壓脈沖信號(hào)線好分開單獨(dú)走線。
8.5 分開布線的原則是避免平行走線,可以垂直交叉,線束之間距離在20mm以上。
8.6 電纜不要貼著金屬外殼和散熱器走線,保證一定距離。
8.7 雙絞線、同軸電纜及帶狀電纜在EMC設(shè)計(jì)中的使用
雙絞線、同軸電纜都能有效的抑制電磁干擾。在脈沖信號(hào)傳輸線路中常使用雙絞線,控制輔助電源線和傳感器信號(hào)線好用雙絞屏蔽線。因?yàn)殡p絞線兩根線之間有很小的回路面積,而且雙絞線的每?jī)蓚(gè)相鄰的回路上感應(yīng)出的電流具有大小相等、方向相反,產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消,這樣就可以減小因輻射引起的差模干擾,不過(guò)雙絞線絞合的圈數(shù)好為偶數(shù),且每單位波長(zhǎng)所絞合的圈數(shù)愈多,消除耦合的效果愈好。使用時(shí)注意雙絞線和同軸電纜兩端不能同時(shí)接地,只能單端接地,而對(duì)屏蔽線,屏蔽層兩端接地能既能屏蔽電場(chǎng)還能屏蔽磁場(chǎng),單端接地只能屏蔽電場(chǎng)。使用同軸電纜時(shí)還要注意,其屏蔽層必須完全包覆信號(hào)線接地,即接頭與電纜屏蔽層必須3600搭接,才能有效屏蔽電磁場(chǎng),如圖4所示,信號(hào)線裸露部分仍可以與外界形成互容耦合,降低屏蔽效能。
帶狀電纜適合于短距離的信號(hào)傳輸,我們知道為了降低差模信號(hào)的電磁輻射,必須減小信號(hào)線和信號(hào)回流線所形成的回路面積,因此在設(shè)計(jì)帶狀電纜布局時(shí),好將信號(hào)線與接地線間隔排列。如圖3所示,其中S為信號(hào)線,G為信號(hào)地線。