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開關電源的電磁干擾抑制技術

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開關電源的電磁干擾抑制技術

電磁兼容（ Elect ro Magnet ic Compat ibility，簡稱 EMC）
是指電子設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境能正常工作， 且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。它包括電磁干擾（ EMI ） 和電磁敏感（ EMS） 兩方面的內(nèi)容。EMI 是指電器產(chǎn)品向外發(fā)出干擾。EMS 是指電器產(chǎn)品抵抗電磁干擾的能力。一臺具備良好電磁兼容性的設備應既不受周圍電磁噪聲的影響， 也不對周圍環(huán)境造成電磁干擾。電磁干擾的三個要素是干擾源、耦合通道和敏感體。抑制開關電源產(chǎn)生的干擾對保證電子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行具有十分重要的意義， 電磁干擾的抑制技術主要包括削弱干擾的能量， 隔離和減弱噪聲耦合途徑及提高設備對電磁騷擾的抵抗能力等。本文分析了開關電源電磁干擾產(chǎn)生原因， 介紹了開關電源電磁干擾抑制技術及設計方法。


開關電源電磁干擾的產(chǎn)生
開關電源通常是將工頻交流電整流為直流電， 然后經(jīng)過開關管的控制使其變?yōu)楦哳l， 再經(jīng)過整流濾波電路輸出， 得到穩(wěn)定的直流電壓。工頻整流濾波使用大容量電容充、放電， 開關管高頻通斷， 輸出整流二極管的反向恢復等工作過程中產(chǎn)生了極高的 di/ dt 和 du/dt ， 形成了強烈的浪涌電流和尖峰電壓，它是開關電源電磁干擾產(chǎn)生的最基本原因。另外， 開關管的驅(qū)動波形， MOSFET 漏源波形等都是接近矩形波形狀的周期波。因此， 其頻率是 MHz 級別的， 這些高頻信號對開關電源的基本信號， 特別是控制電路的信號造成干擾。


輸入整流電路的諧波干擾
開關電源輸入端通常采用橋式整流、電容濾波電路。整流橋只有在脈動電壓超過輸入濾波電容上的電壓時才能導通， 電流才從市電電源輸入， 并對濾波電容充電。一旦濾波電容上的電壓高于市電電源的瞬時電壓， 整流管便截止。所以， 輸入電路的電流是脈沖性質(zhì)的， 并且有著豐富的高效諧波電流。這是因為整流電路的非線性特性， 整流橋交流側(cè)的電流嚴重失真。


輸入整流電路的諧波干擾
而直流側(cè)的諧波次數(shù)是 n 倍。所以， 整流電路直流側(cè)高頻諧波電流不僅使電路產(chǎn)生功率， 增加電路的無功功率， 而且高頻諧波會沿著傳輸線路產(chǎn)生傳導干擾和輻射干擾。


開關電路產(chǎn)生的干擾
開關電路在開關電源中起著關鍵的作用， 同時也是主要的干擾源之一。開關管負載為高頻變壓器初級線圈， 是感性負載。
其在導通瞬間， 初級線圈產(chǎn)生很大的涌流， 并在初級線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓; 在斷開瞬間， 由于初級線圈的漏磁通， 致使一部分能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈， 儲藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減震蕩， 疊加在關斷電壓上， 形成關斷電壓尖峰。如果尖峰有足夠高的幅度， 那么很有可能把開關管擊穿。


高頻變壓器產(chǎn)生的共模傳導騷擾
高頻變壓器是開關電源中實現(xiàn)能量儲存、隔離、輸出、電壓變換的重要部件， 它的漏感和分布電容對電路的電磁兼容性能產(chǎn)生較大的影響。由于初級線圈有漏磁通， 致使一部分能量沒有傳輸?shù)酱渭壘€圈， 而是通過集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關斷電壓上， 形成關斷電壓尖峰，產(chǎn)生與初級線圈接通時一樣的磁化沖擊電流瞬變， 這個噪聲會傳導到輸入、輸出端， 形成傳導騷擾， 重者有可能擊穿開關管。另外， 高頻變壓器初級線圈、開關管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關電流環(huán)路可能會產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射騷擾。
在開關電源的調(diào)頻變壓器初次級之間存在著分布電容。用一個裝置電容（ 裝置對地的分布電容） 來與整個開關電源等效，就形成了干擾通道。共模干擾通過變壓器的耦合電容， 經(jīng)過裝置電容再返回大地， 就得到一個由變壓器耦合電容與裝置電容構(gòu)成的分壓器。脈沖變壓器初級線圈、開關管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關電流環(huán)路可能會產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射騷擾。


分布及寄生參數(shù)引起的開關電源噪聲
開關電源的分布參數(shù)是多數(shù)干擾的內(nèi)在因素， 開關電源和散熱器之間的分布電容、變壓器初次級之間的分布電容、原副邊的漏感都是噪聲源。共模干擾就是通過變壓器初、次級之間的分布電容以及開關電源與散熱器之間的分布電容傳輸?shù)?。其中變壓器繞組的分布電容與高頻變壓器繞組結(jié)構(gòu)、制造工藝有關。開關電源與散熱器之間的分布電容與開關管的結(jié)構(gòu)以及開關管的安裝方式有關。采用帶有屏蔽的絕緣襯墊可以減小開關管與散熱器之間的分布電容。
在高頻工作下的元件都有高頻寄生特性， 對其工作狀態(tài)產(chǎn)生影響。高頻工作時導線變成了發(fā)射線、電容變成了電感、電感變成了電容、電阻變成了共振電路， 當頻率過高時各元件的頻率特性產(chǎn)生了相當大的變化。為了保證開關電源在高頻工作時的穩(wěn)定性，設計開關電源時要充分考慮元件在高頻工作時的特性，選擇使用高頻特性比較好的元件。另外， 在高頻時， 導線寄生電感的感抗顯著增加， 由于電感的不可控性， 最終使其變成一根發(fā)射線， 也就成為了開關電源中的輻射干擾源

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| 發(fā)布時間：2018.06.13    來源：電源適配器廠家
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