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高頻共模電流、電壓和阻抗的測量(下)

jf_pJlTbmA9 ? 來源:jf_pJlTbmA9 ? 作者:jf_pJlTbmA9 ? 2023-08-02 14:19 ? 次閱讀

高頻共模電流、電壓和阻抗的測量(下)

概述

本文是采用反激式變換器測量高頻、共模 (CM) 電流、電壓和阻抗的系列文章之下篇。在本系列的三篇文章中, 上篇 介紹了輻射 EMI 的基本原理以及在反激式變換器拓?fù)渲袦y量 CM 電流的傳統(tǒng)方法;中篇 介紹了解決CM 電流測量誤差的鐵氧體磁珠解決方案,以及如何測量 CM 阻抗;下篇將討論開關(guān)噪聲源效應(yīng),同時測量等效電壓源,并驗證提出的測量方法。

開關(guān)噪聲源效應(yīng)

根據(jù)中篇介紹的 CM 阻抗測量方法,可以同理測量副邊開關(guān)噪聲源的影響。對降壓反激式變換器而言,原邊開關(guān)電壓的幅度較大,這意味著原邊的影響將明顯大于副邊。因此,我們在上篇中創(chuàng)建的輻射模型主要依賴于原邊噪聲源的影響。

圖 1 對原邊和副邊電壓源(分別為 VPRI 和 VSEC)產(chǎn)生的 CM 噪聲進行了比較。

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圖 1:原邊與副邊電壓源效應(yīng)比較

由于 VPRI 對 CM 噪聲的影響更大,因此可應(yīng)用中篇介紹的輻射模型值,同時忽略 VSEC 源。

通過移除變壓器并根據(jù) CM 模型測量原邊與副邊之間的阻抗,可以得到CM 路徑上的天線阻抗和其他阻抗。圖 2 顯示了這種阻抗測量方法。

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圖 2:原邊與副邊之間的阻抗測量方法

測量阻抗時,建議在傳輸線上添加一個鐵氧體磁珠,以避免近場耦合的干擾。不過,在變換器不工作時,耦合的影響并不顯著。

圖 3 對 ZCMTRANS 集裝箱運輸 和 Z內(nèi)銅銅茲納坦納之間的測量結(jié)果進行了比較。這些阻抗在 30MHz 和 100MHz 之間基本上為容性。另外,變壓器在高頻下的阻抗小于其他 CM 和天線阻抗之和。為有效降低輻射,建議在設(shè)計變壓器時降低等效噪聲源。這種方法比增加變壓器原邊與副邊之間的阻抗更有效。

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圖 3:阻抗比較

反激式變換器中的 CM 噪聲電壓測量

對于反激式變換器,原邊與副邊之間的等效電壓源是輸入和輸出線之間 CM 噪聲的主要來源。 但是,用示波器的電壓探頭直接測量等效電壓源是不可行的,這主要基于以下幾個原因:

示波器的分辨率有限

當(dāng)高頻與大振幅(例如數(shù)百伏)同時出現(xiàn)時,探頭的帶寬可能會降低,這將使高頻信號的測量變得更加復(fù)雜

因此,在直接測量 CM 噪聲時,當(dāng)被測信號在毫伏范圍內(nèi)(高達(dá)數(shù)百毫伏)時,可能會出現(xiàn)較大的相對誤差。

為計算原邊與副邊之間的等效電壓源, 必須在示波器前端安裝一個高通濾波器以濾除工頻分量。

測量設(shè)備也必須滿足以下三個條件,才能獲得準(zhǔn)確的結(jié)果:

測量電路的輸入阻抗必須大于變壓器的CM阻抗或天線阻抗

高通濾波器的截止頻率應(yīng)在幾MHz以內(nèi)(測量30MHz以上的頻率時)

? 測量電路的輸出阻抗應(yīng)明顯低于示波器的輸入阻抗

圖 4 所示為建議的測試裝置。其中,電壓探頭連接到原邊與副邊的地,用以測量兩邊的壓差 (V國 子) ;然后通過高通濾波器再連接至示波器。每條測試線上均放置鐵氧體磁珠以減少干擾。

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圖 4:通過添加濾波器改善的高頻電壓測量電路

為了使測得的噪聲電壓 (V’國 子) 值更接近噪聲電壓源 (VCM),可以在輸入和輸出線上均添加幾個鐵氧體磁珠,以最大限度地減少變壓器的 CM 阻抗和噪聲源之間的分壓( 參見圖 5)。

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圖 5:使用鐵氧體磁珠改善的高頻電壓測量方法

圖 6 對采用和不采用高通濾波器的測量結(jié)果進行了比較。沒有高通濾波器時,高頻電壓測量會被噪聲淹沒;有高通濾波器時則可以獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果。

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圖 6:采用和不采用高通濾波器時的 CM 電壓測量結(jié)果比較

通過測得的 CM 電壓以及在中篇中獲得的 CM 阻抗,就可以預(yù)測變換器的 CM 電流,這也同時驗證了 CM 電流測試方法。

圖 7 在同軸線和輸入線添加或不添加鐵氧體磁珠的情況下,對CM 電流測量結(jié)果進行了比較;同時顯示出預(yù)測的 CM 電流。可以看出,添加鐵氧體磁珠后,CM 電流測試結(jié)果遵循預(yù)測結(jié)果。這進一步證實了這些高頻參數(shù)測試方法的準(zhǔn)確性。

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圖 7:添加或不添加測試同軸線和輸入線鐵氧體磁珠的 CM 電流測量比較

結(jié)語

在本系列的三篇文章中,我們深入探討了反激式變換器拓?fù)渲械母哳l、CM 電流、電壓和阻抗測量問題。通過回顧輻射 EMI 的基本原理并了解測量誤差的來源,我們成功得到了反激式變換器中的 CM 阻抗和 CM 噪聲電壓。總而言之,準(zhǔn)確進行輻射 EMI 分析可以預(yù)防測量關(guān)鍵參數(shù)(包括電壓、電流和阻抗)時出現(xiàn)常見的錯誤。

如需進一步了解與 CM 噪聲相關(guān)的 EMI 問題建模與分析,請單擊 此處 參考汽車電子設(shè)備中的 EMI 產(chǎn)生、傳播與抑制。

審核編輯:湯梓紅

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