開關(guān)電源電磁干擾和抑制技術(shù)

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1、開關(guān)電源電磁干擾和抑制技術(shù)　　摘要：開關(guān)電源是一種采用電力電子器件，利用電路開關(guān)的快速通斷控制實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的新型電源。與傳統(tǒng)的線性電源相比，開關(guān)電源具有效率高、功率密度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快及輸出精度高等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：開關(guān)電源的電磁干擾抑制技術(shù)中圖分類號(hào)：TL62+9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A前言開關(guān)電源是目前電子設(shè)備中應(yīng)用最為廣泛的一種電源裝置，具有功耗低、效率高、體積小等顯著優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、電子設(shè)備、儀器儀表、通信設(shè)備和家用電器等系統(tǒng)中，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)安全性和可靠性的高低。一、開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理1二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)?/p>

2、時(shí)有較大的正向電流流過(guò)，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí)，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里，電流會(huì)反向流動(dòng)，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di／dt)。2開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾7一般情況下，功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)，都會(huì)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí)，這種諧波干擾將會(huì)很小。另外，功率開關(guān)管在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。3交流輸入回路產(chǎn)生的干擾無(wú)工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反

3、向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過(guò)開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱為傳導(dǎo)干擾；而諧波和寄生振蕩的能量，通過(guò)輸入輸出線傳播時(shí)，都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)，這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。4其他原因元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。7在電力電子系統(tǒng)中，主要的干擾源是功率變換部分和變壓器部分(DC／DC部分)；盡管噪聲頻譜很寬，但主要分布在低頻段。功率變換部分和控制

4、模塊一般都安裝在同一個(gè)PCB上。前者在多數(shù)情況下都是干擾源；后者則屬于弱電部分，是敏感設(shè)備。PCB走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，因而增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度，因而控制模塊可能會(huì)受到干擾而不能正常工作。5開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大；干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開關(guān)頻率不高(從幾十千赫茲到數(shù)兆赫茲)，主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾。二、開關(guān)電源工作時(shí)的噪聲源及抑制1開關(guān)電源工作時(shí)的噪聲源產(chǎn)生噪聲的來(lái)

5、源很多,如外來(lái)干擾、機(jī)械振動(dòng)、電路設(shè)計(jì)不當(dāng)、元件選擇不當(dāng)以及結(jié)構(gòu)布局或布線不合理造成的電源噪聲增大等。在開關(guān)穩(wěn)壓器中,功率三極管和二極管在開-關(guān)翻轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的射頻能量已成為噪聲的主要來(lái)源之一。由于頻率較高,它以電磁能的形式直接向空間輻射,或以干擾電流的形式沿著輸入、輸出端的導(dǎo)線傳送。開關(guān)電源工作時(shí)所產(chǎn)生的高次諧波竄入公用電網(wǎng),對(duì)使用公用電源的其他電子設(shè)備產(chǎn)生干擾,同時(shí)其本身也受到來(lái)自公用電網(wǎng)及空間的EMI信號(hào)的干擾。2噪聲源的抑制（1）采用無(wú)源濾波器7抑制高次諧波電流噪聲最簡(jiǎn)單的方法是在電源的輸入部分附加扼流圈。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是增加元件數(shù)量少、可靠性高且成本低廉,但因附加

6、扼流圈而使體積增大。對(duì)EMI信號(hào)的抑制可用EMI濾波器。EMI濾波器包括電源EMI濾波器、信號(hào)線EMI濾波器、損耗線EMI濾波器、印刷電路板EMI濾波器等。它是由正態(tài)電感器和共模電感器組合而成的。前半部是正態(tài)電感器,其作用是抑制高次諧波;后半部是由共模電感器和電容構(gòu)成的EMI濾波器,抑制EMI信號(hào)。共模電感器L1、L2是繞在磁環(huán)上的兩只獨(dú)立線圈,線圈匝數(shù)相同,繞向相反,致使濾波器接入電路后,兩只線圈內(nèi)電流產(chǎn)生的磁通在磁環(huán)內(nèi)相互抵消,不會(huì)使磁環(huán)達(dá)到磁飽和狀態(tài),從而使兩只線圈的電感值保持不變。磁環(huán)的另一個(gè)作用是對(duì)有用信號(hào)(基帶信號(hào))相當(dāng)于短路不產(chǎn)生任何影響,專門吸收調(diào)頻干擾信號(hào)能

7、量,可提高抗干擾能力和靜電放電(ESD)干擾能力。但是,由于種種原因,如磁環(huán)的材料不可能做到絕對(duì)均勻,兩只線圈的繞組也不可能完全對(duì)稱,使L1、L2的電感量不相等,于是L1、L2之間存在電感量差值,稱之為差模電感。共模線圈和Cx組成L-N獨(dú)立端口間的一只低通濾波器,用來(lái)抑制電源上存在的差模信號(hào)。如果在相線和中線的共模干擾電平不相等,在Cx電容器上就會(huì)出現(xiàn)共模電流,在Cx電容上引起共模壓降,進(jìn)一步降低共模干擾電平。7（2）采用有源濾波器采用有源濾波器能使用較小容量的濾波電容來(lái)達(dá)到較好的濾波效果。圖2所示電路