適當(dāng)?shù)牟季趾驮x擇控制電源 EMI（4）

如果存在電場(chǎng)發(fā)射，則可能的罪魁禍?zhǔn)资窍到y(tǒng)中的最高電位。在電源和開關(guān)穩(wěn)壓器中，我們應(yīng)該注意開關(guān)晶體管和整流器，因?yàn)樗鼈兺ǔ＞哂懈唠娢?，并且還可能由于散熱而具有較大的表面積。表面貼裝設(shè)備也可能存在這個(gè)問題，因?yàn)樗鼈兺ǔＰ枰罅康挠∷㈦娐钒邈~來(lái)散熱。在這種情況下，我們還應(yīng)該注意任何大面積散熱層與接地層或電源層之間的電容。

電場(chǎng)相對(duì)容易控制，但磁場(chǎng)是一個(gè)不同的命題。用高μ材料封裝電路可以提供有效的屏蔽，但這種方法既困難又昂貴。通常，控制磁場(chǎng)發(fā)射的最佳方法是在源頭上將其最小化。一般來(lái)說(shuō)，這種方法要求我們選擇設(shè)計(jì)用于最小化輻射磁場(chǎng)的電感器和變壓器。我們還應(yīng)該配置印刷電路板布局和互連布線以最小化電流環(huán)路的大小，尤其是在大電流路徑中。大電流回路不僅會(huì)輻射磁場(chǎng)，還會(huì)增加導(dǎo)體的電感，這會(huì)導(dǎo)致承載高頻電流的線路出現(xiàn)電壓尖峰。

沒有變壓器或電感器設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的電路設(shè)計(jì)人員可能會(huì)選擇現(xiàn)成的變壓器和電感器。即便如此，精通磁學(xué)的設(shè)計(jì)人員也可以為應(yīng)用選擇最佳組件。

減少電感器輻射的關(guān)鍵在于使用高 μ 材料來(lái)保持磁芯中的磁場(chǎng)并遠(yuǎn)離周圍空間。磁場(chǎng)在較高 μ 材料中具有成比例的較高密度。這種情況類似于并聯(lián)電導(dǎo)：1S (s=siemens) 電導(dǎo)(1W 電阻器)與 1-mS 導(dǎo)體(1 kW 電阻器)并聯(lián)的電流是 1-mS 導(dǎo)體的 1000 倍。磁場(chǎng)密度在 1000μ、1 英寸之間以 1000 比 1 的比率劃分。2 芯和 1μ，1 英寸。2 核心。高 μ 材料不能存儲(chǔ)大量能量，因此對(duì)于緊湊型電感器，我們必須使用帶有氣隙的高 μ 磁芯。

B 場(chǎng)(Y 軸)與 V′t/N 成比例，其中 N 是匝數(shù)。H 場(chǎng)(X 軸)與 N′i 成比例。因此，曲線的斜率(與 μ 成正比)也與電感成正比(L=V(dI/dt))。在這個(gè)鐵氧體(或任何其他高 μ 磁芯)上增加一個(gè)間隙會(huì)降低斜率，從而降低有效 μ，從而降低電感。電感隨斜率的變化而減小，最大電流隨斜率的變化而增加，飽和 B 場(chǎng)保持不變。 因此，存儲(chǔ)在電感器中的最大能量(?LI 2 )增加。我們還可以通過向電感器施加電壓并注意達(dá)到飽和的時(shí)間量或 B SAT來(lái)說(shuō)明這種增加 . 存儲(chǔ)在核心中的能量是 (V′I)dt 的積分。因?yàn)樵谙嗤碾妷汉蜁r(shí)間下，與有間隙的磁芯相關(guān)的電流更高，相應(yīng)的存儲(chǔ)能量水平也更高。

然而，在磁芯上增加一個(gè)間隙會(huì)增加電感器周圍空間中的磁場(chǎng)輻射。出于這個(gè)原因，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員避免在一些對(duì)噪聲敏感的應(yīng)用中使用線軸芯，因?yàn)榇蟮臍庀妒顾鼈兂蔀槌裘阎拇艌?chǎng)輻射發(fā)生器。線軸磁芯，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是一個(gè)線軸形狀的鐵氧體，是最簡(jiǎn)單和最便宜的有間隙鐵氧體磁芯類型之一。圍繞中心柱的繞組線構(gòu)成一個(gè)電感器。成本很低，因?yàn)槲覀兓蛑圃焐炭梢詫㈦娋€直接纏繞在芯線上，除了端接電線外無(wú)需額外工作。在某些情況下，導(dǎo)線終止于磁芯底部的金屬化區(qū)域，這允許電感器的表面安裝。在其他表面貼裝元件中，

一些制造商在骨架磁芯周圍放置鐵氧體屏蔽層，以幫助減少場(chǎng)發(fā)射。這種措施有幫助，但它也減少了間隙，因此減少了核心可以存儲(chǔ)的能量。由于鐵氧體本身可以存儲(chǔ)的能量非常少，制造商通常會(huì)在屏蔽層和磁芯之間留下一個(gè)小間隙，這會(huì)在這種類型的電感器中產(chǎn)生一些不需要的磁場(chǎng)輻射。根據(jù)可接受的輻射水平，骨架鐵芯可能是成本和 EMI 之間的良好折衷。

應(yīng)用要求決定了其他核心形狀是否應(yīng)該包括間隙。例如，罐式磁芯、EI 磁芯和 EE 磁芯具有可能包含間隙的中心腿或柱。在線圈圍繞的磁芯中心增加一個(gè)間隙，有助于減少氣隙引起的輻射發(fā)射。這些電感器通常更昂貴，因?yàn)槲覀兓蛑圃焐瘫仨殞⒕€圈與鐵芯分開纏繞，然后將鐵芯部件組裝在線圈周圍。為了便于設(shè)計(jì)和組裝，我們可以購(gòu)買帶有預(yù)置中心腿的芯。

也許減少輻射發(fā)射的最佳核心是分布式間隙環(huán)形線圈。該核心包含填充物和高微米金屬粉末的混合物，壓制成環(huán)形的環(huán)形。由非磁性填料隔開的金屬粉末顆粒之間具有小的氣隙，從而形成了一個(gè)整體“氣隙”，該氣隙均勻分布在整個(gè)磁芯中。線圈穿過鐵芯的中心并繞在鐵芯的外側(cè)，這使得磁場(chǎng)沿著線圈的中間繞一圈。只要線圈繞在環(huán)形的整個(gè)圓周上，這種類型的磁芯就會(huì)通過完全包圍磁場(chǎng)來(lái)屏蔽外部。

典型分布間隙環(huán)形磁芯的損耗有時(shí)高于帶間隙鐵氧體，因?yàn)榄h(huán)形磁芯中的金屬晶粒容易受到渦流的影響，渦流會(huì)產(chǎn)生熱量并降低電源效率。環(huán)形線圈的纏繞成本也很高，因?yàn)閷?dǎo)線必須穿過磁芯的中心。機(jī)器可以繞線，但它們比傳統(tǒng)的繞線機(jī)更慢且更昂貴。

一些鐵氧體環(huán)形磁芯具有離散的氣隙。由此產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)射高于分布間隙磁芯，但典型的帶間隙環(huán)形磁芯具有較低的損耗，因?yàn)樗鼈儽绕渌x散間隙鐵氧體磁芯更好地包含磁場(chǎng)。線圈通過屏蔽間隙來(lái)減少輻射，而環(huán)形有助于將磁場(chǎng)保持在磁芯內(nèi)。

類似電感器的限制

變壓器與電感器有許多共同之處，因?yàn)樗鼈兝p繞在相同的磁芯上。然而，有些問題是變壓器獨(dú)有的。實(shí)際變壓器的性能可以接近理想變壓器的性能，理想變壓器將電壓從初級(jí)繞組耦合到次級(jí)繞組，其比率與每個(gè)繞組的匝數(shù)比成正比。

變壓器的等效電路將繞組間電容建模為 C WA 和 C WB 。這些參數(shù)造成了隔離電源中的共模輻射問題。繞組電容 C P 和 C S 很小，在開關(guān)電源和穩(wěn)壓器的工作頻率下通?？梢院雎圆挥?jì)。勵(lì)磁電感，L M , 很重要，因?yàn)檫^多的磁化電流會(huì)導(dǎo)致變壓器飽和。至于電感器，飽和會(huì)增加變壓器的磁場(chǎng)發(fā)射。飽和還會(huì)導(dǎo)致更高的鐵芯損耗、更高的溫度以及熱失控的可能性，以及繞組之間耦合的退化。

僅連接一個(gè)繞組的磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致漏感。盡管一些耦合電感器和變壓器(例如共模扼流圈)設(shè)計(jì)用于高水平的此參數(shù)，但漏電感 L LP 和 L LS 是開關(guān)電源中最成問題的寄生元件。鏈接兩個(gè)繞組的磁通量將這些繞組耦合在一起。兩個(gè)變壓器繞組都圍繞磁芯，因此任何漏感都在磁芯外部和空氣中，可能會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)發(fā)射。

漏感的另一個(gè)問題是當(dāng)電流快速變化時(shí)會(huì)出現(xiàn)很大的產(chǎn)生電壓，就像大多數(shù)開關(guān)電源的變壓器一樣。這種電壓會(huì)使開關(guān)晶體管或整流器過載。耗散緩沖器通常包括串聯(lián)電阻和電容，是通過耗散電壓尖峰的能量來(lái)控制該電壓的常用元件。另一方面，一些開關(guān)器件的設(shè)計(jì)使其能夠承受重復(fù)的雪崩擊穿，并且這些器件可以在沒有外部緩沖器的情況下耗散能量。

我們可以通過將次級(jí)繞組短路并測(cè)量初級(jí)繞組的電感來(lái)確定變壓器的漏感。該測(cè)量包括通過變壓器耦合的任何次級(jí)漏感，但在實(shí)踐中，我們必須考慮這種漏感，因?yàn)樗鼤?huì)增加初級(jí)電壓尖峰。我們將相應(yīng)的尖峰能量計(jì)算為 E=?LI 2 ，因此漏感損失的功率是每個(gè) s 的能量。