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等離子電視電源的電磁兼容設(shè)計

發(fā)布時間:2014-08-05 責(zé)任編輯:willwoyo

【導(dǎo)讀】電源部分是整機的能源提供者,所以電源品質(zhì)的好壞決定了系統(tǒng)工作的狀態(tài)。我們先進行需求分析:等離子電視功耗大于75W,根據(jù)標準要求必須加PFC電路,提高有功功率。由于有待機功耗要求,因此采用反激加諧振的方式,這樣既滿足了驅(qū)動要求,又滿足待機功耗要求。

因此電源部分共包含4個大的模塊,電源輸入端濾波整流電路、PFC電路、諧振電路、反激電路。
(1)濾波整流電路。既抑制電源本身的干擾通過電源線進入供電網(wǎng)絡(luò),又防止供電網(wǎng)絡(luò)的干擾進入電源。
(2)PFC電路。PFC電路工作過程中,MOSFET管在工作時由柵極驅(qū)動脈沖控制通斷狀態(tài),引起干擾。PFC電路中的二極管在導(dǎo)通和截止狀態(tài)間切換,反向恢復(fù)電流也會引起干擾。
(3)反激電路和諧振電路。反激電路和諧振電路中的MOSFET在切換通斷狀態(tài)時兩端電壓產(chǎn)生突變,變壓器初級線圈中電流產(chǎn)生反電動勢,次級電路中二極管在通斷過程中存在反向恢復(fù)電流,這些都引起干擾。

電源的EMC設(shè)計

EMI濾波電路
為了抑制整機電路和電源自身所產(chǎn)生的干擾不向外傳播,也為了外部電網(wǎng)的干擾不進入電源和整機,在電源入口處設(shè)計了EMI濾波電路。
開關(guān)電源的干擾分為差模干擾和共模干擾,共模干擾是火線或零線與地線之間產(chǎn)生的干擾,差模干擾是火線與零線之間產(chǎn)生的干擾。

差模濾波
開 關(guān)電源的差模傳導(dǎo)騷擾,主要是由電路中開關(guān)電源在開關(guān)動作時在電源輸入線上產(chǎn)生一個周期性的電流信號。由于電解電容作為儲能電容,存在ESR和ESL,當 周期電流信號經(jīng)過儲能電容時,電容兩端就會產(chǎn)生電壓降,這個電壓降導(dǎo)致電源端口產(chǎn)生電流回路,形成差模傳導(dǎo)騷擾,并通過LISN把干擾傳導(dǎo)到接收機。
變壓器初級線圈、開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路,使高頻電流反饋到交流電源中形成干擾;同時,變壓器初次級間的分布電容會使初級回路中產(chǎn)生的干擾向次級傳遞,加大干擾傳遞環(huán)路,使更多電流流入LISN,加劇干擾。
當電路中添加了差模濾波后,差模電流減小回流路徑,減少對接收機和電網(wǎng)的干擾。

共模濾波
開 關(guān)電源的共模傳導(dǎo)騷擾,主要是由開關(guān)電路中的電壓瞬變造成的,開關(guān)管的負載為高頻變壓器初級線圈,為感性負載,在開關(guān)管開關(guān)瞬間,在初級線圈的兩端出現(xiàn)較 高的浪涌尖峰電壓,而由于初級線圈和次級線圈之間的分布電容、電源線對地線的阻抗、次級線圈電源和地之間電容的存在,構(gòu)成了電源和地之間的電流回路,形成 共模干擾。
當電路中添加了共模濾波后,共模電流回流路徑減小,減少對接收機和電網(wǎng)的干擾。[page]

 濾波電路設(shè)計
我們設(shè)計EMI濾波器如圖1所示,電路包括兩級濾 波結(jié)構(gòu),共模電感L103、共模電容CY102、CY102和差模電容C101組成第一級,共模電感L104、共模電容CY103、CY104和差模電容 CX102組成第二級。R104、R105、R106為泄放電阻,保證電源斷電后迅速放電到安全電壓以下。
由于變壓器初次級分布電容的存在,引起共模干擾,因此可以通過減小初次級分布電容改善共模干擾,可以在變壓器初次級間增設(shè)屏蔽層。同時將變壓器屏蔽層接至初級的中線端,還可以抑制差模干擾。
EMI濾波電路
圖1 EMI濾波電路

PFC電路
電路中由于MOSFET的開關(guān)狀態(tài)引起干擾,因此我們針對MOSFET加抑制措施,可以通過以下方法改善PFC電路的干擾:
調(diào)整驅(qū)動電阻R422、R423,改變開關(guān)速率;
MOSFET漏源極加吸收電容C410;
電阻D410兩端加磁珠BD1、BD2吸收干擾。
PFC電路
圖2 PFC電路

反激電路
在電路中,初級部分由于MOSFET通斷引起的干擾,我們通過電阻R210、電容C207、二極管FR107組成的吸收電路進行抑制,二級管采用快恢復(fù)二極管。也可以通過調(diào)節(jié)MOESFET柵極輸入的PWM脈沖改變MOSFET開關(guān)頻率來進行改善。
次級部分二極管的反向恢復(fù)電流引起的干擾,我們通過在二極管兩端并聯(lián)電容C301來吸收。如圖3a所示。

諧振電路
電路中通過調(diào)整MOSFET驅(qū)動電阻R515、R516和R518、R519來設(shè)置不同的開通和關(guān)斷時間,減小MOSFET的開關(guān)帶來的干擾。

PCB設(shè)計
開關(guān)電源EMI設(shè)計中,PCB布板是非常關(guān)鍵的一環(huán)。優(yōu)秀的PCB布板,即使有干擾源,也能最大程度地阻斷傳播途徑,將干擾水平降到最低;不良的PCB布板,即使干擾源不大,也會通過走線將其放大并傳播出去,甚至產(chǎn)生較大的干擾。PCB布板主要注意以下幾點:
(1)大電流信號走線要順、短、粗;
(2)大電流信號和小信號要分離走線,避免功率信號干擾小信號;
(3)不同系統(tǒng)之間的共地信號連接點盡量唯一確定;
(4)存在電流環(huán)路的地方,比如反激電路漏極的吸收環(huán)路,應(yīng)該盡量使環(huán)路面積最小。

小結(jié)

通過對等離子電視電源的干擾分析,針對電路模塊設(shè)計出一套濾波電路,該套電路應(yīng)用后,傳導(dǎo)和輻射都得到較好的抑制,配合整機的設(shè)計和整改,測試結(jié)果合格,滿足了項目要求。


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