10.2(十) - PFC设计的电磁兼容性问题与对策(2)

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那么我们电解电容,电解电容就更不用说了 我都不愿意在这地方都画了 这里头是电感 电感电容有什么 甚至还并上去有电容 因为它有有漏电流 那这一部分呢我就不画了 就是我画到这个前面 就是高频电容为止这一块 所以说我们就能看到有这么多的分布参数 那么这一部分到底呢我们时常会看到 我们测这两端就是为 VDS 的时候 我们会看到像右边这里头这个关闭的时候这个电流波形一样 这个地方会有很多的振荡有电压过充 有时候这个过充得非常的高 那么很多人问我们说要解决这个有什么办法 我在这个二极管上去并这个 RC 的阻容吸收网络 这是一个常规的做法 当然还有些人更极端在上面直接并了个电容 那直接并个电容呢这个这个过充肯定小 这个一定是小的 但是它过充小并不等于它 EMI 一定好,不一定的 为什么呢 因为你这地方直接并了电容 所以说每次都会把这个电容进行充放电 所以这部分能量是非常大的 而这个能量最终也会形成这个在里头去振荡 也会形成巨大的干扰 那么同时这个能量 一定在这个二极管的这个导通内阻上进行消耗 所以说这个二极管一旦并了电容 这个能量大部分都被二极管消耗掉 而且还会滚烫的 会非常发热 所以在我们不推荐上面这并电容 既然重新再进行参数 那么我们说呢这些干扰怎么来分析一下 我们假设就是说这个电流波形啊 就是说这地方是二极管的开通 我们先不管这个毛刺 我们说这个地方二极管开始开通了 如果这是一个连续 CCM 的这个 PFC 那么也就是这一点电压这个电流不为零 这是一个零可能在底下 那么也就是比较一个大的电流 大的电流往上跑的时候 它开通了 它开通什么意思 这两端短路了吗 所以短路一瞬间是不是开通之前这个电压很高 这个电压很高 就是在这个地方电压就是这条线上 那这个电压就相当于这个输出 400V 这个地方 那么这个电容呢是充满了 400V 的电压 所以它管子很快一打通 也就是说通过这个管子 把这个电容器的寄生电容的电压直接在里头放电 所以说内阻非常小的情况下 或者开关速度非常快的情况下 那么显然这个电荷迅速的在里头被短路 那么这个电流峰值电流是非常大的 时间持续得非常的短 那么这就形成了一个很高的 dv/dt 电压变化率 从 400V 突然变 0 那么里头只要这个半导体芯片的外面的引线上有一丁点 或者哪个地方有一丁点电感 那么它就会形成一个非常恶劣的高频振荡 所以说我们开通的时候往往不希望把它开通的太快 开通的特别快 驱动的时候 这个 EMI 就非常厉害 所以这是这一部分这个电容器会造成 EMI 我们再来说另外一个地方 开通了之后 就是说首先往这儿流的电流肯定会增大 因为往这边不流了 就是说那么往上增大 那增大到这个地方 就是最高的时候一直往上涨 涨到最高的时候 那么我这时候要关闭它了 那么我要想减少开关损耗 我势必想关的非常快 对不对 所以非常快的直接关闭了之后 第一个问题来了 原先短路的时候这两个电压为零 那一关闭的时候这肯定要给这个电容充电 是这意思吧 那么非常快的时候呢它就要会给它充电非常快 还有一点 因为我们电感讲过电感的电流是连续不可以跳变的 所以刚才比如说这个地方电流是十个安培是吧 那十个安培一直往下跑的 从这个电感十个安倍一直往这个路上跑 这个路上是没有电流 那么也就是说这两个电感是串在这个地方 所以它一关闭的时候 它这两个电感都要都要进行续流 电感电流不能跳变 所以它续流 那么这边的电流往哪去了 这边电流的续流,那实际上是给电容充电 所以迅速的把这个电压抬高 然后这一边的续流往哪去了 它当然一方面是往底下走 一方面是往这边走 那么往底下走 因为有由于这个电感的作用 所以这一点你可以看到这个点 它因为电流突然增 一直在那个就是说增加到很高的时候 突然停下来了 那么这个电压呢就会开始跳变就开始变化 那么这取决于这个两个电感的分压对不对 所以说这个地方会变化 那同时呢它电流呢因为它关闭了 很快就把这个电容充满了 所以电流再也流不过去了 是不是这意思 这个关闭了嘛再也流不过去 那只有把这个电压越来越跳得很高 那么是通过这个能量把这个电压搞的很高 另外一个呢再一个怎么高 因为毕竟电流上不来了 所以说呢电流呢它就必须要有个通路 那就不是往这儿走就要往那走 但是很可恶的是什么 不管往哪走都有两个引线电感在那堵着 电感高频的来讲瞬间的变化 它肯定是一个极大的阻抗 就是流不过去 那怎么办 只有把这个电压不断的提高 提的越高 那么流的越快 是不是 所以它会自然的就是这个尖刺就冲上去了 所以这个地方可以看到很高的尖刺 有时候比如说我们这个 400V 有时候我们看到 500V 的电压尖刺都有 直到把那个你这个管子击穿为止 有些很高的毛刺就冲上去了这个地方 所以说这个呢就会引起很大的这个尖峰 那么很大的尖峰 那么这个电流呢往这充进去了 这又是电容 又是 L 又是 C 这所以说很快的变化 这个的话都会形成振荡 这个都形成振荡 所以你这地方看到的就是毛刺冲的很高 然后一大堆乱七八糟振荡 那么频率当然是由这么 L 和 C L 和 C 和 L 和这些 C 所综合决定 所以我们振荡都是 LC 的振荡 但是由于我们这个电路里面的内阻也非常小 所以说呢啊这个寄生电感也非常小 所以第一个寄生电感非常小的寄生的能量相对比较小 那么这个能量都是在这个充电放电的过程中 振荡的过程中在这个内阻上进行消耗掉 所以它就形成了一个发热 当然了这个引线电感非常小 发热量非常小 但是可恶的是它造成的 EMI 会非常的大 会被辐射出去或者是被传导出 那么按道理这地方有很高的毛刺的时候 如果这地方我是纯电感 那它是往这儿是出不去的 可恶的是我们刚才讲的这里头有大量的寄生的电容 所以这个地方很高的振荡呢 它照样可以通过这个电容往外传出去多就短路出去 所以说这也是形成 我们 EMI 的一个干扰源的非常重要的原因 所以说从这个角度来讲呢 这个干扰源就是这些很快的电压变化或者电流变化所造成 究其原因都是极快的电压变化导致了这个电容充电 或者是电感的为了保持这个电流 所以形成电压的跳变 所以说这边的电容这边形成电流的跳变 电感这边产生电压的跳变 所以这些很高的 dv/dt 和 di/dt 结合这个很小的 L 和 C 进行高频的振荡 这是我们这个回路里面和这个回路里面 或者互相之间产生 EMI 的最重要的根源 当然还有这部分 我们说这地方我要加个退耦电路 所谓退耦电路是什么呢加个高频电容 我把它短路上是吧 短路上呢我让这个电压呢尽量地吸收掉 就是实行振荡 但实际上由于我们这个电容 又有引线的管脚的这个电感 那实际上呢它想吸收又不太容易一下子吸收 因为它也要经过一个阻抗 高频的时候他阻抗非常大 所以说这里头又引入了一些振荡等等 那么这就是这个电路 从这里头看就是我们整个的 PFC干扰的最重要的产生的原因 那么简单的讲 究其原因 我们总结一下 就是由于这个开关管的快速的关,快速开 导致这里头各个电容上的那个电压瞬间的被放电或者被充电 或者导致这个寄生的电感上的电流要变成突变 电流接近突变的时候 电压肯定变化得非常的快 所以说那么这由于这个 L 和 C 这两条从这个能量导通到这地方 从这个能量又导到这边去 那么它就会形成一个自由的振荡 那自由振荡它的衰减系数由谁决定 由内部的这个振荡回路的内阻来决定 所以说这个能量逐步被在内阻上进行消耗 在内阻上进行消耗 那么形成一个慢慢振荡就变没有掉了 所以说这个过程是这么个过程 所以说这些振荡 就是我们产生 EMI 的一个最根源的原因 根本的原因 也就是快速的这个电压和电流的变化 那对这个也是快速的电压的变化 它引起电流振荡 实际上这就是我们讲的 整个 EMI PFC 电路里面 EMI 所产生的机理 或者是说原因 那么具体这个原因我们怎么去解决它 解决的办法 既然我们分析了原因 我们看这个图 其实呢我比较强调的是我们有两种方法对吧 一个是主动的防御 一个是被动的围堵 那么我们最强调的实际上 还是用主动防御的办法来解决 被动的围堵是什么意思 说我们 EMI 已经产生了 没有办法把它变小 这个能量 那我只有靠滤波器来强化滤波 这是这最没办法的办法 这是又花钱又花体积 又花损耗 所以说我们最好是不要用这个办法 最好是没有 EMI滤波器 你的 EMI 问题也没有问题 那是最佳对吧 但实际上我们不一定能做得到 那么所以说我们最重要的在 PFC 设计里面 最重要的手段就是必须要 重点的去发挥这个主动防御的能力 所谓主动防御就是说我们去通过刚才分析这个原因 要消除我们 EMI 产生的源头 把这个源不让它产生了 那么自然我也用不着去防它去堵它了 实际上是这个概念 那么我们想这个源来通过什么手段去减轻或者消除 那么对于前面这个电感来讲比较简单 我们采用一个没有这个寄生电容电感 那就解决问题了是不是 或者是有寄生内容 我也让他这个电容两端形成的静电场分布非常的均匀 而且非常小 那么即便有电容 它也形成不了这样的这个电容储能 所产生的导致这个变化的这个能量 那这是我们解决的问题办法 也就是说我这地方说的采用 No Spike 没有毛刺电感 那现在其实我们大量的去开发了 很多没有毛刺电感各种各样的 不管小功率大功率 那这个是容易解决的 所以说我们往往,尽量避免用一个磁环 那么磁环上用一些圆的导线在一圈圈去绕 那那种呢是一种最恶劣的毛刺最大的一种做法 所以说虽然说我们可能电感量还不错是吧 温升也不高 体积也挺小 但是由于这个 EMI 产生的毛刺的问题 导致你前面滤波器非常的复杂 导致了我们这个共模和差模的干扰非常的厉害 导致了我们整个 PFC 控制变成得非常不稳定不好调等等 那么这都是我们要极力避免的 所以这个 PFC 电感的 No Spike 这个要求显得非常的重要 那么解决了电感的问题 我们要着手解决这个半导体所产生的 EMI 的问题 那半导体产的 EMI 问题呢 我们有下面这些办法来解决 第一个 第一个 我们要有合理的 PCB 布局位置 就是位置的布局 什么叫合理 我这地方画了个图 有这么一个示意 也就是说我最好呢是这个 IGBT 或者场效应管和这个快恢复二极管 它俩最好是管心对管心连着它没有引线 所以自然之间也没有引线电感 那么 PCB 布板的时候 我这个电感拉到这个地方来拉多远都没关系 反正引线电感嘛就等于串联到那个 PFC 电感里面了 如果是这样的话 那这个地方就不存在引线电感 电容依然是存在 是我没办法去解决的 这是寄生的电容 所以说这地方没有引线电感 这是一个我们的一个最理想的要求 那么至于说没有引线电感 我们要解决的办法有两个 一个呢就是说这个管脚啊不要留得太长了 我们一般都采用分立的元件 比如说一个 TO247 的封装 那个管脚呢我们刚开始是一个粗的管 就是管脚连出来 刚开始是接着那个塑料壳的地方是比较粗 然后很快就变细 底下一段是细的 那么最好呢你焊在电路板上 就是到那个粗的地方一旦变细那个地方 直接就插在电路板上了 不要留出一大块 你那个管脚留得越长 这个地方的引线电感越大 当然它封装在里头 我们没有办法去解决 那么你如果有办法 你直接用管型封装把这个都封装在一起 那是最棒的 那我们做不到 那只能说能够提高改善到哪算哪 也就是说这个二极管的管脚
课程介绍 共计25课时,5小时51秒

PFC电源设计与电感设计计算


讲师

讲师: 邵革良

田村(中国)企业管理有限公司上海研发中心 所长中国电源学会专家委员会 委员中国电源学会磁技术专业委员会 委员中国电源学会磁元件技术服务专家组 副组长中国电源学会标准化委员会 委员深圳市科技专家协会 科技专家深圳市科技创新委员会 专家 20年的一线电源研发的资深经验,先后从事并主持过电机调速变频器、逆变焊机、通信一次电源系统、电力系统直流操作电源系统、CBB波音商用飞机宽带互联网机载电源系统、高效率DC/DC砖块电源、电流传感器、变频空调及光伏逆变器、新能源汽车等各种新型磁元件的众多研发项目。 拥有众多的与国际一流研发团队的合作经验,并精通于电源和磁元件产品的可靠性研发管理和实践。特别是在新能源磁元件领域,通过大量的原创性技术创新和行业应用推广,引导着世界功率磁元件的技术变革。 其中完成电源及磁技术等领域多国专利申请40余项,并已取得7项国家发明专利受权。

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