高功率因数反激式开关电源的电磁兼容研究- 『(EMC)电磁兼容性设计与 ...
摘要:对带有高PF(功率因数)反激式的开关电源的电磁干扰进行了分析。为实现开关电源的EMC(电磁兼容)，在设计过程中采用了EMI滤波器。在探讨EMI滤波器的设计原则基础上，分析了高频分布参数对滤波器频率特性的影响，通过设计和调整滤波器的结构及器件参数，实现了EMI传导干扰的有效抑制，使带有高PF反激式的开关电源达到灯具的EMI标准。
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关键词:EMC; EMI滤波器;单级PFC;开关电源
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大功率LED用于普通照明是本世纪的新课题，LED的综合优势将引发下一轮照明技术的革命，LED驱动电路的研究是其中的关键技术之一，工程师希望为LED开发出高可靠低成本的单级PFC反激式LED驱动电路。该驱动电源具有结构简单，体积小，成本低廉等特点，可以更好地满足LED的广泛应用，从而成为目前的一个发展方向。由于该电源是简单的单级结构，器件承受着很大的电压电流应力，导致EMI干扰强，输出纹波大、输出滤波电容大等缺点EM C较难设计和通过[‘{。本文针对该电源的器件布局,PCB的设计，EMI滤波器设计进行了深入的研究，实现了该电源的EMC设计。
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2电源的整体EMC设计
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2.i高PF反激式开关电源的EMC设计
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解决EM C问题不能仅依赖于EMI滤波器，在开关电源设计初期需要考虑，如在次级输出端可以
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使用SiC整流二极管可以提高效率，但其造成的EMI干扰较大，因而在我们的开关电源设计中没有
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采用。在设计过程中，还进行了如下一些考虑来提高开关电源的EMC o
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①电压电流剧变节点采用吸收回路在MOS管漏极回路串联RCD箱位吸收回路，在次级的整流
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二极管两端添加RC吸收电路，利用吸收回路降低干扰。
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②变压器采用屏蔽层在变压器中初级绕组和次级绕组添加了屏蔽层以减少由于变压器漏磁引起
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的EMI噪声;把变压器的屏蔽层的接向强电的地端减小从变压器初级绕组传递到次级绕组的共模电流。
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变压器可以采用三明治绕法以增强藕合性，但是考虑到三明治绕法的变压器批量生产困难而没有采用。
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③添加旁路去藕电容及高频滤波电容在变压器的初级输入端、次级输出端及辅助绕组的输出
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节点添加旁路藕合电容，可以吸收掉高频器件在电源板上引起的高频辐射噪声。在控制芯片L6561
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的V}:沛口强电地之问加去藕电容，为芯片提供从电源到地的动态低阻抗通路，减小从电源获取高速电流时局部产生的电压降。这种设计减小了高变化率电流流通的导线长度，从而降低了高速电流电磁辐射
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强度。电源的输入端添加EMI滤波器，输出端采用高频电解电容，每个电解电容都并联了一个
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0. 1 I}FCBB电容。在高压地和地压地添加了隔离4 700 pF的Y电容，降低变压器的EMI干扰[si。
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.PCB的EMC设计减小有变压器初级绕组、M OSFET和电流采样电阻的组成的高频电流回路面积减小变压器次级输出电路的高频电流环路面积。电源的电路PCB的主要连接线都尽可能地做到了短而直、宽度适合尽量缩小了高频回路的面积。芯片L6561与M OSFET的距离约是8 mm;尽量使用了贴片器件，集成器件以紧缩布线空问;注意了吸收回路的布板及器件之问的相互影响。最终的PCB做得比较小，高频特性较好。PCB为长方形，长宽比大约为4: 1，那些相互影响的走线及可能干扰比较大走线均做了远离、隔离处理。器件的布局考虑到了铁氧体器件的使用，预留小磁珠空问以备按需加减。芯片外围电路器件合理有序地分布在芯片的周围，提高了驱动电路的抗干扰能力。
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2. 2高PF反激式开关电源输入EMI滤波器设计
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EMI虑波器在EMC设计中有非常重要的地位，可以进一步提高开关电源的EM C o图2是设计
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的电源EMI滤波器电路图，在EMI滤波器的设计与选择过程中，综合考虑了干扰源的干扰特性强、频
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率范围宽、工作电压宽、阻抗等参数及负载特性的要求，具体设计如下:
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③论文所设计的开关电源中的M OEFET的开关频率在25 } 60 kH z，在低频段会有很强的干扰。衰减低频段共模干扰需要较大的共模电感。
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针对30 W开关电源，滤波器用磁芯需考虑低频干扰强、流过电流较小、共模电感较大等特点，选
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择采用磁导率为8I}锰锌磁环。由于该电源用于LED的驱动，LED发热量较多，滤波器也有温升，如
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温升较高容易影响滤波器性能，还会影响LED的寿命，要降低温升，因此电流密度按照4A/ mmz进行设
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计。由导线横截面积
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④滤波器整体具有足够的机械强度，结构简单，重量轻。在PCB上安装电容器时应注意电容器
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的引线尽可能的短，电容器相对于其他电容器和元件成直角安装，避免相互产生干扰，全部器件按照顺
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序分布以免交义以致相互干扰。
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⑤保证EMI滤波器与散热板和地的接触良好，否则，EMI滤波器将不能完成滤波功能，同时它
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是一个电磁辐射体，会影响电源的正常工作。电源按照要求装了2 mm厚的铝合金板屏蔽壳以抑制电
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量过大会造成频率特性变差;差模电容也不宜再增大，会降低造成安全性，目_电容增大对高频段衰减效
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果有限，可能会恶化高频段，
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现对需要抑制频率的{zd0}衰减。从而使开关电源xx符合国标GB17743标准。
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4总结
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带高PF反激式开关电源器件承受的电压电流应力较大，产生的电磁干扰较大。电路PCB设计应
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严格依照EMC的设计原则;在电压电流活跃的节点添加旁路电容或吸收回路，降低变压器的漏感干
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扰，添加屏蔽层目_接到强电的地;能够改善开关电源的EMC。xx实现开关电源EM C，必须设计出效
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果良好的EMI滤波器。EMI滤波器应根据电源的特殊性采用合适的共模电感、正确利用小磁珠、提
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高装配工艺水平以实现宽频率范围良好的衰减特性。
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