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原创 第十期概念组

小功率电源EMI整改大全

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rj44444
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  • 2018-11-18 13:28:17
如果楼主的作品对你的研发学习和知识储备有了很大的帮助,欢迎点击活动页面投上你宝贵的一票吧!   



EMI对任何一个电源产品来讲,都算得上是难点和痛点,难在它捉摸不透,痛在它无法逃避。
由于本人水平有限,对相关的认知深度还远远不够,本帖将着重于结合自身经验来提供一些解决问题方法,并不强调理论与实践严格的对号入座。


首先我们来讨论相对容易的,传导问题。
遇到传导测试超标问题,第一步要做的,通常是定位噪声分量主要是差模还是共模,通常的测试设备可以用来区分差共模分量,但个人觉得太麻烦,并且测试出来的是相对值,并不一定可以具备指导意义。最简单的办法是,在输入端口并联一个X电容,几十nF到几百nF,如果所关心的频段测试通过了,就说明噪声的干扰主要是差模干扰,或者更准确地说,通过压低差模分量,就一定能够搞定问题。

至于差模分量改怎么压下来,无非两种方案,一是加强差模滤波,二是源头上降低差模噪声,下面针对典型的设计来分析解决方案。

a.jpg
上图是小功率无PFC反激电源典型应用下的部分原理图,其中第三个框内所示的器件是差模噪声的源头:1)流过变压器的电流  2)流过RCD吸收回路的电流,对于一般设计,漏感通常控制得比较小,前者是差模电流主要贡献者。

第一个框和第二个框都起到了差模滤波的作用,第一个框利用X电容和共模电感的差模分量来做差模滤波,第二个框则利用差模电感和两个储能电解电容作π型滤波。典型应用下,两种一般不会同时出现,即典型应用通常有如下两种:
b.jpg
第一种应用下,一部分差模电流被储能电容吸收后,其余分量全部依赖共模电感Lcm和X电容Cx滤除,这种设计通常应用于要求传导EMI接地测试的场合,Lcm感量比较大,对应的差模分量也比较大,从滤波角度压低差模分量的措施有三种:1)降低储能电容C1的ESR和ESL;2)加大X电容Cx容量;3)加大差模电感Lcm的差模分量。

第一种措施受制于电解电容本身特性,发挥空间不大,第二种措施受制于空间尺寸、待机功耗(更大的X电容需要更小的放电电阻)等,第三种方案发挥空间相对大。我们可以通过同时增加共模感量(使用磁导率更高的磁环、使用尺寸更大的磁环以及增加绕组匝数)的方式来增加差模分量,也可以通过适当降低共模感量的方式来提升差模感量,简单的办法是:对于环形的共模电感,可以在两个绕组中间插入一块矽钢片,为磁环提供一个产生差模磁通的通路,这种方案不会增加尺寸,也几乎不增加成本,缺点是会牺牲一定的共模感量,但通常应用下,共模感量的余量是比较充裕的。

第二种应用下,差模电流完全依赖储能电容和差模电感,总体来讲,这种设计对于差模分量的滤波能力是很强的,成本也比较低廉,因为差模电感可以使用廉价的工字电感。这种设计主要问题有两个:1)电解电容ESR的特性会导致低温和常温下差模滤波效果不佳,而高温或老化一段时间后裕量会变得充足;2)这种设计增加了C1的浪涌电流压力,也增加了C2的纹波电流压力。由于用于储能的电解电容容量被分配到差模电感两端,当浪涌测试时,绝大多数浪涌电流都被C1吸收,导致C1失效概率增加;另一方面,绝大多数高频分量的纹波电流都被C2吸收,导致正常工作下C2温升会显著高于C1,C2寿命受到影响。

尽管存在上述问题,但利用储能电容构成π型滤波的方式由于差模滤波效果好,无需X电容,成本低,仍然广泛应用在小功率电源产品中。解决上述问题的另一种方法是将C2换成低容量的耐纹波电流能力强的薄膜电容,这样在不降低差模滤波能力的前提下,可以使用大容量的C1增强浪涌电流耐受能力。


wangdongchun
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  • 2018-11-18 22:00:06
 
了解一下  期待完善
qlsxkql
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LV8
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  • 2018-11-19 07:05:46
 
这个EMI看不到,摸不到,确实不好弄。
赵日天
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LV8
副总工程师
  • 2018-11-19 08:56:23
 
QQ图片20181119085057.png 楼主  以你的经验  针对这总单独使用桥后 CLC的电源    一般功率都不能超过多少啊?超过了一般就要在桥前想办法的意思
rj44444
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  • 2018-11-19 09:51:22
 
我觉得这种应用并不直接受制于功率,主要是这种应用通常用在输出可以不接地的场景,而这种场景的适配器通常都是低功率适配器。
赵日天
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LV8
副总工程师
  • 2018-11-19 10:02:07
 
是,在功率很小的机上面见过很多是这样做,但是不知道能做到多大功率,再有单级PFC上面桥后 也有比较多的这样做的
rj44444
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  • 2018-11-19 14:04:53
 
如果是PFC桥后的CLC,几百W都有这样用的,无PFC的CLC,用到大几十W没问题,只是大功率的一般要求输出接地,输入有大共模,通常会用大共模的差模分量来滤差模噪声。
rj44444
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  • 2018-11-19 22:32:18
 
以上的措施,全部是从滤波的角度来压低差模分量,除此之外,从噪声源头想想办法,也是可以的。

对于反激电源,差模分量主要来自于开关频率的纹波电流,对于CCM的方案,可以适当增加感量,或者适当提升频率来增加CCM深度达到降低纹波电流的目的

另外,从测试角度,我们则可以通过降频来避开第一个进入传导测试频段的基波/二次谐波/三次谐波等,常用的电源控制IC通常考虑到了这一点,通过设计工作频率在65KHz(即考虑误差后的二次谐波仍不会进入传导测试频段)或者130KHZ(即考虑误差后的开关频率不会进入传导测试频段)。
wggaoxin
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高级工程师
  • 2018-11-20 08:38:45
 
我曾经做过一款5V2A的电源,共模差模都要,辐射都是趴在地上走的。
赵日天
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  • 2018-11-20 10:38:34
 
大神,发回路图和变压器资料大家学习下啊
wggaoxin
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高级工程师
  • 2018-11-20 17:17:24
 
太久了找不到资料了。
wggaoxin
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高级工程师
  • 2018-11-20 17:18:19
 
我有做一款12V1A  无Y传到辐射6DB的,这个可以给大家学习。
rj44444
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  • 2018-11-21 09:05:14
 
可以发出来大家学习,这个功率级别,是可以做到无Y无共模的。
赵日天
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  • 2018-11-21 11:50:15
 
等干货了,比较急
heimei868
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  • 2018-11-30 09:49:19
 
等!
rj44444
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  • 2018-11-20 17:27:56
 
5V2A如果不需要输出接地测emi,共模肯定是不需要的,加了算是过设计
wggaoxin
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高级工程师
  • 2018-11-21 08:30:29
 
当时是给平板充电的,如果不加共模电源测试是可以过,配平板测试有很多模式要测试,那就过不了。最后没招了,还是加了。
rj44444
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  • 2018-11-21 09:04:32
 
共模干扰问题,可以通过变压器屏蔽搞定,不差钱不差空间加共模也可以
wggaoxin
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高级工程师
  • 2018-11-21 10:21:30
 
好早了12年做的案子,那时候IC还没现在这么好过EMC,用的士兰微的IC,记不清楚型号了,主要是加了共模差模效果非常好。
笑嘻嘻liuqi0310
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高级工程师
  • 2018-12-24 15:44:01
 
发现有的公司为了更快的搞定EMC问题,做变压器会优先使用铜箔做屏蔽。
SZ-POWER
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高级工程师
  • 2019-2-19 11:48:57
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EMI不一定加了铜皮就一定比线屏蔽好
z443233785
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LV8
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  • 2018-11-21 16:10:24
 
平板电脑的话,输出端还是要加个小共模的
rj44444
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  • 2018-11-21 16:18:31
 
共模电感本身不是必须的,必须的是足够低的输出共模噪声,可以通过变压器屏蔽解决,也可以通过留出共模噪声窗口解决。
z443233785
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LV8
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  • 2018-11-20 13:42:51
 
讲一下最近流行的PD 18W的输入EMI线路方案呗
rj44444
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  • 2018-11-20 17:29:39
 
这个功率级别,如果输出不需要接地测EMI,不需要共模是可以的,桥后用CLC搞定差模就可以
rj44444
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  • 2018-11-30 20:24:26
 
接下来开始谈传导的共模噪声问题了。

传导共模噪声个人总结通常有几种路径:
1)开关动点高的dv/dt直接耦合到输入L/N线
2)开关动点高的dv/dt从原边侧与地平面产生耦合
3)开关动点高的dv/dt通过变压器耦合到副边,进而从副边输出耦合到地平面
4)开关回路高的di/dt产生磁场,耦合到输入L/N线

以上的地平面指的是大地,以上的前三种均为电场耦合,传递路径是寄生电容;第四种为磁场耦合。
rj44444
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  • 2018-11-30 22:44:20
 
1)开关动点高的dv/dt直接耦合到输入L/N线
2)开关动点高的dv/dt从原边侧与地平面产生耦合
3)开关动点高的dv/dt通过变压器耦合到副边,进而从副边输出耦合到地平面
4)开关回路高的di/dt产生磁场,耦合到输入L/N线


对于第一条,通常通过布局走线就能够略知一二,高dv/dt的器件和线路集中在原边开关管和变压器,最典型的情况是原边开关管或者变压器靠近输入L/N线,这种情况造成的问题只能通过减小耦合电容来解决,拉远动点和输入线的距离,采用电场屏蔽措施。实际应用中最常见的方法是将输入电解电容(外壳接原边地)或接原边静点的散热片置于原边开关管和输入L/N之间,将变压器的磁芯接原边静点(磁芯为原边的情况),
另一个反面的案例是绝大多数灌胶的应用中,由于胶的介电常数通常为空气的数倍,灌胶后的共模传导会全面恶化。


第二条和第一条情况有相似之处,只是耦合回路是大地而不是输入L/N线,因此第二条干扰源通常有比较大的面积,比如插件TO220的MOSFET(散热器为漏极动点)、悬浮的变压器磁芯以及动点的大面积铺铜(对于依赖漏极散热的硅MOS,大面积铺铜需要特别注意)。在实际应用中,同一个措施可能对对第一条和第二条同时有效,例如原边MOSFET增加接静点的散热器,变压器磁芯接原边静点等。


第三条情况相对复杂的一条,也是工程应用中大有可为的一条。
困惑
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  • 2018-12-24 17:15:53
 
EMI这东西确实摸不着头脑,同样方法用在不同机子上效果却完全相反?只能在布局PCB上精益求精了
rj44444
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  • 2019-1-6 14:27:57
 
3)开关动点高的dv/dt通过变压器耦合到副边,进而从副边输出耦合到地平面(或者从原边耦合到地平面)
下面重点分析第三条的机理和解决措施。
c.jpg
上用不同颜色示意出了变压器原边动点对副边静点的等效电容Cps,副边动点对原边静点的等效电容Csp,原副边跨接电容Cy以及副边对大地的寄生电容Ce(原边对大地的寄生电容没有画出来),同时示意出了流过这些电容上的电流。
常规的输出同步整流底边工作时,从变压器相位可以看出,原副边的动点是反相位的,这意味着图中的Ips和Isp极性相反,也就是说流过变压器的原副边电流是叠加的,这个叠加后的电流一部分通过Y电容在原副边形成环路,另一部分则通过寄生电容流向了大地,这部分流向大地的高频电流也就是传导共模来源之一,大多数情况下是主要贡献者。
那么,为了减小共模电流Ie,很显然有两个途径:一是减小变压器原副边共模电流,二是增大跨接Y电容,减小寄生电容的分流。
第二条途径想必是大多数工程师曾亲测有效的,有效频段甚至是整个CE测试频段和RE测试低频段。第一条途径说白了就是要整改变压器了,整改的手段可能很多工程师都用过,只是没有和机理一一对应。
gogo123
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  • 2019-1-24 14:33:11
 
大神能说下怎样整改变压器吗?学习中
rj44444
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  • 2019-1-31 17:42:36
 
后续我会慢慢补充,变压器的整改其实已经相对成熟了,绕制的方法也是大同小异。
hit158
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  • 2019-8-24 15:09:00
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大师:讲讲变压器屏蔽和绕制的
最近也遇到个案例,变压器屏蔽确实很好过DP
但是变压器的瞬时带载能力偏低了
还有变压器磁芯接地,是什么意思,和变压器屏蔽接地 应该不是一个意思吧???,但是最终的意义是不是差不多呢???
我之前重来没接触过变压器磁芯接地(小功率反激电源)
h504_1
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  • 2019-1-2 11:34:42
 
认真听讲
hqdxc
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  • 2019-1-7 15:25:05
 
这绝对是个好帖子,过认证有用啊,做个标记mark
MyloverHlyn
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  • 2019-1-15 21:40:33
 
楼主讲讲反激死区振荡频率导致的AV值飘高怎么解决呀
SZ-POWER
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  • 2019-1-16 17:27:49
 
把共模噪声做好了就可以解决,如果还解决不了就应该检查PCB布局。
MyloverHlyn
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  • 2019-1-16 19:13:20
 
假设在共模噪声很低的情况还有,从PCB布局该怎么做呢,也听过有有改PCB解决的案例但是不知道具体怎么操作,还请大神指导下。
rj44444
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  • 2019-1-31 17:45:58
 
这个和共模噪声不能完全对应,共模噪声的路径主要是变压器寄生电容,而Vds振铃主要是输入线传导。
SZ-POWER
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高级工程师
  • 2019-2-11 08:45:32
 
实际上可以从共模噪声上看Vds振铃,从而判断传导在几百K时AV值过高的现象。
rj44444
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  • 2019-1-31 17:38:10
 
最有效的办法是控制IC的抖频,如果是QR设计或者锁谷底工作模式,也需要在谷底附近抖动。
SZ-POWER
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高级工程师
  • 2019-2-11 08:41:21
 
如果是QR,谷底怎么抖?
rj44444
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  • 2019-2-17 14:44:13
 
每一次开通不集中在谷底的同一个位置,而是在谷底附近轻微波动,很多IC已经做了这功能
SZ-POWER
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高级工程师
  • 2019-2-19 11:45:01
  • 倒数10
 
那么小的波动,在几百K那里AV值能改善多少?如果每一次开通不集中在谷底的同一个位置,对轻载效率有没有影响?楼主有没有相关的波形让我们学习一下
rj44444
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  • 2019-2-24 09:00:22
  • 倒数8
 
谷底附近抖动对振铃频点的传导共模AV值有7-8dB的优化,实测数据。
killaws
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LV8
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  • 2019-2-9 11:17:04
 
先收藏
什么是差模干扰?
rj44444
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  • 2019-2-17 14:46:05
 
这很好理解,L,N线一进一出的电流是差模;L,N线同进同出,通过大地回流的就是共模。
killaws
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LV8
副总工程师
  • 2019-2-18 16:01:55
 
谢谢!
hugan
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大师继续啊
wildwind6
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谢谢分享
tini1234
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讲得接地气
tini1234
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继续等待下一讲
scj19880828
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好套路
ztao2016
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LV4
初级工程师
  • 2019-5-28 10:32:19
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全是干货,坐等楼主更新
w1782
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助理工程师
  • 2019-6-3 16:00:09
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好东西,催更来了
lanyuye00
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LV6
高级工程师
  • 2019-7-1 09:09:12
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什么时候能对辐射也讲讲怎样整改?那个感觉更悬。
A_MOKE
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LV3
助理工程师
  • 2019-10-29 10:29:29
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MARK,谢谢
新铺居士
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LV8
副总工程师
  • 2019-10-29 11:11:14
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EMI整改一般就是变压器/开关管/PCB布线/电感入手
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