小功率开关电源传导干扰的分析

　　3 应用案例分析

　　一镍氢电池充电器产品， 额定功率5W.在其出厂前， 用实验室设备（人工电源网络为PMM L2??16A,EM I接收机为PMM9010） 对其进行预测试， 采用的测试标准为GB55014,，其结果如图4所示。

图4 预测试结果

　　从图4中可以看出在2 MH z频率点附近最大超出为5 dBuV.为保证能够顺利通过认证机构的实验室测试， 一般要求预测试结果比标准限制低2 dBuV,希望尽量能够比标准限值低6 dBuV.所以从图4可知该产品的预测试结果并不理想。初步分析测试图，可能性最大的原因是开关管工作时产生的干扰把2MH z频率点附近的噪声电平底部悬空， 从而把传导干扰的电平抬高。而在传导发射测试中， 1 MH z~2MH z的频率信号干扰是由共模电流产生的占主要分量[ 10] .所以初步定性为电流回路对参考地形成的干扰信号。为了能够一次性解决问题以达到标准限值要求， 把可能出现问题的地方都加以改进， 本研究提出了解决方案： ①按照上述措施对线路板进行重新布局， 原始布局如图5（ a）所示， 图中布局虽然按照主电流流向排布， 但缺乏考虑各个子路之间的相互关系。重新布局如图5（ b）所示， 在无法改变PCB板的结构下， 尽可能地将器件排列整齐， 方向一致， 同时增大开关管与变压器之间距离。② 变压器初级增加并联旁路滤波电容， 并联电容值为1 000 pF /1 kV, 用来降低干扰信号对共模电流回路产生的影响。

图5 线路板布局对比

图6 初步整改测试结果

　　从图6测试的结果分析可知， 在2MHz附近干扰信号幅值相对原先的最大降幅为5 dBuV, 但是在0. 8MHz~1MH z频率领域干扰幅度有所增加， 峰值较为靠近标准限值。虽然预测试的结果已经低于标准限值， 但是为了能一次性通过认证就必须留出余量。再次改进具体措施为： ① 在整流后的LC-Ⅱ型滤波器的电感上并联2. 2 k电阻， 用以防止滤波电感的磁饱和现象， 同时也相当于增加了一条滤波旁路；② 将钳位二级管由1N 5819换成1N4007, 利用二极管自身的压降变大和恢复速度变慢来抑制开关管尖峰引起的电流变化。

　　最后测试结果如图7（ a）所示。

图7 预测试与检测机构测试结果对比图

　　从预测试的结果图7（ a）中可以明显地看出干扰信号幅值都比标准限值都要低6 dBuV 以上， 这样基本能确保一次性通过认证机构专用实验室的检测。由宁波进出口检验检疫局EMC 实验室提供的测试结果如图7（ b）所示。该结果表明产品已经顺利通过测试。

　　整改过程一般是在产品设计后进行的， 而类似的小功率开关电源产品的设计最好是在产品设计之初就可将电磁兼容问题（主要包括元件选型以及线路板布局和地线回路设计）考虑进去。这样不但缩短产品开发时间， 也能有效确保通过认证测试。

　　4 结束语

　　本研究通过分析小功率开关电源的通用机理和传导干扰信号的信号源， 得出了针对“整流滤波器电路设计、变压器材料和参数的选择、钳位二极管选择以及线路板的布局和地线回路的设计”方面问题的改进措施。同时通过该措施的指导， 为一5W 小功率开关电源产品进行整改， 并将其传导干扰信号强度降低了11 dBuV而且通过了认证。随着时间的推移， 高频小功率开关电源会更多地渗透到各种电子电器领域， 由此带来的电磁干扰问题也会越来越突出。所以抑制传导干扰将成为小功率开关电源电磁兼容性问题中一个比较重要的方面。如果能在产品设计之初， 能够将抑制电磁干扰方法考虑进去， 在产品输出过程中， 引进预测试方案， 这样不但能够减少由电磁干扰所带来的危害， 而且可以缩短产品开发周期， 避免反复整改带来的损失。

　　研究结果表明， 该研究结果对小功率开关电源设计及传导干扰信号抑制上有一定的指导作用， 在实际产品设计上有一定的实际意义。

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