影響開關電源差模傳導發射的主要是濾波電容的等效串聯電阻ESR和等效串聯電感ESL。
圖 開關電源差模傳導發射回路分析
開關電源在MOS管通斷過程中產生開關電流,開關電流的基頻等于開關電源頻率。由于濾波電容C是一個大容量、高額定電壓的電容,因此其有顯著等效串聯電阻ESR和等效串聯電感ESL。因此對于開關電流來說,濾波電容并不是絕對的低阻抗,開關電流在分流點處將出現分流,一些開關電流流向濾波電容,剩下的經全波整流電路和LISN后返回。對于差模電流來說,LISN可以近似看成100歐姆,于是可以將上圖進行簡化:
圖開關電源簡化的差模等效電路
從上圖可以看出,流經LISN的電流IDM經過50歐姆電阻上的電壓就是我們所說的差模傳導發射電壓。由于LISN的電阻是固定的,在開關頻率處,電容C的容抗也是非常的低,比如在50kHz開關頻率處一個250uF理想電容的容抗為0.01歐姆,接近于零,所以在開關頻率處ESL和ESR將是主要的阻抗,ESL和ESR的大小將決定有多少開關電流分流到LISN形成差模傳導發射電壓VDM。
下面我們來分別分析ESL和ESR對的影響。我們用一個梯形波近似開關電流,因為我們對梯形波的頻譜包絡非常熟悉,這里主要是為了掌握定量分析的過程,因為分析問題的思路和能力是最重要的。
例如一個有30nH的ESL和0.1歐姆ESR的濾波電容,轉折頻率為531kHz。
我們觀察GJB151B的CE102限值曲線可以看出在500kHz以前CE102的限值以20dB/dec的速率下降,因此只要轉折頻率在500kHz或者更低,那么輸入濾波電容的ESR將不會帶來任何問題。
總結:我們應該如何減小差模傳導發射呢?由于開關電源的開關頻率是設計好的,我們無法改變,另外開關電流的時域幅值為是電源的額定功率決定的,我們也無法隨意改變,開關管的上升/下降時間也是設計好的,受設計者控制的唯一參數是盡可能的減小濾波電容的ESR和ESL,同時轉折頻率盡可能落在500kHz以內。
審核編輯:湯梓紅
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原文標題:開關電源差模傳導發射分析[20240122]
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