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電源系統(tǒng)中多個(gè)子系統(tǒng)之間的電磁兼容問題
摘要：通過一個(gè)實(shí)例分析了在一個(gè)電源系統(tǒng)中多個(gè)子系統(tǒng)之間出現(xiàn)的電磁兼容問題，并且給出了解決方案。同時(shí)也提供了布局中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)問題。引言
電子產(chǎn)品間會(huì)通過傳導(dǎo)或者輻射等途徑相互干擾，導(dǎo)致電子產(chǎn)品不能正常工作。因此，電磁兼容在電源產(chǎn)品設(shè)計(jì)中處于非常重要的地位，若處理不當(dāng)會(huì)帶來很多麻煩。
開關(guān)電源是一個(gè)很強(qiáng)的騷擾源，這是由于開關(guān)管以很高的頻率做開關(guān)動(dòng)作，由此會(huì)產(chǎn)生很高的開關(guān)噪聲，從而會(huì)從電源的輸入端產(chǎn)生差模與共模干擾信號。同時(shí)，開關(guān)電源中又有很多控制電路，很容易受到自身和其他電子設(shè)備的干擾。所以，EMI和EMS問題在電源產(chǎn)品中都需要重視。
然而對于一個(gè)電源系統(tǒng)內(nèi)有多個(gè)子系統(tǒng)的場合，多個(gè)子系統(tǒng)之間的電磁兼容問題就更加尖銳。由于電源產(chǎn)品體積的限制，多個(gè)子系統(tǒng)在空間上一般都比較靠近，而且通常是共用一個(gè)輸入母線，因此，互相之間的干擾會(huì)更加嚴(yán)重。所以，這類電源系統(tǒng)除了要防止對其他電源系統(tǒng)和設(shè)備的干擾，達(dá)到政府制定的標(biāo)準(zhǔn)外，還要考慮到電源系統(tǒng)內(nèi)部子系統(tǒng)之間的相互干擾問題，不然將會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
下面以一個(gè)軍用車載電源為例，
闡述了在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的原則，調(diào)試中出現(xiàn)的問題，解決的方案，以及由此得到的經(jīng)驗(yàn)。
1 電氣規(guī)格和基本方案
1.1 電氣規(guī)格
如圖1所示。由于是車載電源，所以該電源系統(tǒng)的輸入為蓄電池，電壓是9～15V。輸出供輻射儀，報(bào)警器，偵毒器，打印機(jī)，電臺，加熱等6路負(fù)載。其電壓有24V，12V，5V3種，要求這3種電壓電氣隔離并且具有獨(dú)立保護(hù)功能。
1.2 基本方案
12V輸出可以直接用蓄電池供電，因此，DC/DC變換系統(tǒng)只有24V和5V兩路輸出。由于要有獨(dú)立保護(hù)功能，并且調(diào)整率要求也非常高，所以，采用兩個(gè)獨(dú)立的DC/DC變換器的方案。24V輸出200W，采用RCD復(fù)位正激變換器；5V輸出30W，采用反激變換器。圖2給出了該方案的主電路圖。
2 布局上的考慮
因?yàn)�，有兩路變換器放在同一塊PCB上，所以，布局上需要考慮的問題更加多。
1）雖然在一塊PCB上，但是，兩個(gè)變換器還是應(yīng)該盡量地拉開距離，以減少相互的干擾。所以，正激變換器和反激變換器的功率電路分別在PCB的兩側(cè)，中間為控制電路，并且兩組控制電路之間也盡量分開。
2）主電路的輸入輸出除了電解電容外，再各加一顆高頻電容（CBB電容），并且該電容盡量靠近開關(guān)和變壓器，使得高頻回路盡量短，
從而減少對控制電路的輻射干擾。
3）該電源系統(tǒng)控制芯片的電源也是由輸入電壓提供，沒有另加輔助電源。在靠近每個(gè)芯片的地方都加一個(gè)高頻去耦電容（獨(dú)石電容）。此外，主電路輸入電壓和芯片的供電電壓是同一個(gè)電壓，為了防止發(fā)生諧振，最好在芯片的供電電壓前加一個(gè)LC濾波或RC濾波電路，隔斷主電路和控制電路之間的傳導(dǎo)干擾。
4）為了減少各個(gè)控制芯片間的相互干擾，控制地采用單點(diǎn)信號地系統(tǒng)。控制地只通過驅(qū)動(dòng)地和功率地相連，也就是控制地只和開關(guān)管的源極相連。但是，實(shí)際上驅(qū)動(dòng)電路有較大的脈沖電流，最好的做法是采用變壓器隔離驅(qū)動(dòng)，讓功率電路和控制電路的地徹底分開。
3 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決辦法
該電源系統(tǒng)在調(diào)試過程中出現(xiàn)了以下問題：正激變換器和反激變換器在單獨(dú)調(diào)試的時(shí)候非常正常，但是，在兩路同時(shí)工作時(shí)卻發(fā)生了相互之間的干擾，占空比發(fā)生振蕩，變壓器有嘯叫聲。
這個(gè)現(xiàn)象很明顯是由兩路變換器之間的相互干擾造成的。為了尋找騷擾源而做了一系列的實(shí)驗(yàn)，最終證實(shí)是由兩路主電路之間的共模干擾引起振蕩的。具體的實(shí)驗(yàn)過程過于繁瑣，在這里就不描述了。
這些問題的解決方法有很多種。下面給出幾種當(dāng)時(shí)采用的解決方案，以及提出一些還可以采用的方案。
1）在每個(gè)變換器的輸出側(cè)加共模濾波器這樣不僅可以減小對負(fù)載的共模干擾，并且對自身的控制電路也有好處。因?yàn)�，輸出電壓�?jīng)過分壓后要反饋到控制電路中，如果輸出電壓中含有共模干擾信號，那么控制電路也會(huì)由此引入共模干擾信號。所以，在變換器的輸出側(cè)加共模濾波器是非常有必要的，不僅減小對負(fù)載的共模干擾，還會(huì)減小對控制電路的共模干擾。
2）在反激變換器和正激變換器之間加一個(gè)共模濾波器這樣可以減少兩路變換器主電路之間的傳導(dǎo)干擾。因?yàn)椋醇?cè)差模電流較小，所以，將共模濾波器放在反激側(cè)，如圖3所示。另外，為了防止兩路電源之間的相互干擾，共模濾波器設(shè)計(jì)成π型，這樣從每一邊看都是一個(gè)共模濾波器。
3）將反激變壓器繞組的饒法改成原—副—原—副—原—副的多層夾層饒法采取該措施后變壓器原副邊的耦合更加緊密，使漏感減小，開關(guān)管上電壓尖峰明顯降低。同時(shí)共模騷擾源的強(qiáng)度也隨之降低。在不采用解決方案2）時(shí)，采用本方案也解決了問題。而且，這種方法從根源上改善了
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