談開關(guān)電源中的干擾源與解決方法

開關(guān)電源因體積小、功率因數(shù)較大等優(yōu)點，在通信、控制、計算機等領(lǐng)域應用廣泛。但由于會產(chǎn)生電磁干擾，其進一步的應用受到一定程度上的限制。本文將分析開關(guān)電源電磁干擾的各種產(chǎn)生機理，并在其基礎(chǔ)之上，提出開關(guān)電源的電磁兼容設(shè)計方法。

開關(guān)電源的電磁干擾分析

首先將工頻交流整流為直流，再逆變?yōu)楦哳l，最后再經(jīng)整流濾波電路輸出，得到穩(wěn)定的直流電壓。電路設(shè)計及布局不合理、機械振動、接地不良等都會形成內(nèi)部電磁干擾。同時，變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復電流造成的尖峰，也是潛在的強干擾源。

● 開關(guān)電路

開關(guān)電路主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。開關(guān)管及其散熱片與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容，它產(chǎn)生的du/dt具有較大幅度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。開關(guān)管負載為高頻變壓器初級線圈，是感性負載。當原來導通的開關(guān)管關(guān)斷時，高頻變壓器的漏感產(chǎn)生了反電勢e=-ldi/dt，其值與集電極的電流變化率成正比，與漏感成正比，迭加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰，從而形成傳導干擾。

● 整流電路的整流二極管

輸出整流二極管截止時有一個反向電流，其恢復到零點的時間與結(jié)電容等因素有關(guān)。它會在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下產(chǎn)生很大的電流變化di/dt，產(chǎn)生較強的高頻干擾，頻率可達幾十兆赫茲。

● 雜散參數(shù)

由于工作在較高頻率，開關(guān)電源中的低頻元器件特性會發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲。在高頻時，雜散參數(shù)對耦合通道的特性影響很大，而分布電容成為電磁干擾的通道。

2 外部干擾源

外部干擾源可以分為電源干擾和雷電干擾，而電源干擾以“共�！焙汀安钅！狈绞酱嬖�。同時，由于交流電網(wǎng)直接連到整流橋和濾波電路上，在半個周期內(nèi)，只有輸入電壓的峰值時間才有輸入電流，導致電源的輸入功率因數(shù)很低(大約為0.6)。而且，該電流含有大量電流諧波分量，會對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波“污染”。

開關(guān)電源的emc設(shè)計

產(chǎn)生電磁干擾有3個必要條件：干擾源、傳輸介質(zhì)、敏感設(shè)備，emc設(shè)計的目的就是破壞這3個條件中的一個。針對于此，主要采取的方法有：電路措施、emi濾波、屏蔽、印制電路板抗干擾設(shè)計等。

1 降低開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲的軟開關(guān)技術(shù)

軟開關(guān)是在硬開關(guān)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種基于諧振技術(shù)或利用控制技術(shù)實現(xiàn)的在零電壓/電流狀態(tài)下的先進開關(guān)技術(shù)。

軟開關(guān)的實現(xiàn)方法是：在原電路中增加小電感、電容等諧振元件，在開關(guān)過程前后引入諧振，消除電壓、電流的重疊。

2 減小干擾源干擾能量的緩沖電路

在開關(guān)控制電源的輸入部分加入緩沖電路，其由線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)組成，用于消除電力線干擾、電快速瞬變、電涌、電壓高低變化和電力線諧波等潛在的干擾。緩沖電路器件參數(shù)為d1為mur460，r1=500Ω，c=6nf，l=36mh，r=150Ω。

3 切斷干擾噪聲傳播路徑的emi濾波

在開關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝emi濾波器，是抑制傳導發(fā)射的一個很有效方法。其參數(shù)主要有：放電電阻、插入損耗、cx電容、cy電容和電感值。其中，插入損耗是濾波器性能的一個關(guān)鍵參數(shù)。在考慮機械性能、環(huán)境、成本等前提下，應該盡量使插入損耗大一些。用共模、差模干擾的測量結(jié)果與標準限值，加上適當?shù)脑Ａ靠傻玫綖V波器的插入損耗il。

ilcm(db)=vcm(db)-vlimt(db)-3(db)+m(db) (1)

ildm(db)=vdm(db)-vlimt(db)-3(db)+m(db) (2)

式中，3db表示在分離共模、差模傳導干擾的測試過程中測試結(jié)果比實際值大3db;m(db)表示設(shè)計裕量，一般取6db;vlimit(db)為相關(guān)標準如cispr,fcc等規(guī)定的傳導干擾限值。

開關(guān)電源干擾頻譜集中在30mhz以下的頻段，直徑r<λ/2π,主要是近場性質(zhì)的電磁場，且屬低阻抗場�？捎脤щ娏己玫牟牧蠈﹄妶銎帘�，而用導磁率高的材料對磁場屏蔽。此外，還要對變壓器、電感器、功率器件等采取有效的屏蔽措施。屏蔽外殼上的通風孔最好為圓形，在滿足通風的條件下，孔的數(shù)量可以多，每個孔的尺寸要盡可能小。接縫處要焊接，以保證電磁的連續(xù)性。屏蔽外殼的引入、引出線處要采取濾波措施。對于電場屏蔽，屏蔽外殼一定要接地。對于磁場屏蔽，屏蔽外殼不需接地。

5 合理的pcb布局及布線

敏感線路主要是指控制電路和直接與干擾測量設(shè)備相連的線路。要降低干擾水平，最簡單的方法就是增大干擾源與敏感線路的間距。但由于受電源尺寸的限制，單純的增大間距并非解決問題的最佳途徑，更為合理的方法是根據(jù)干擾電場的分布情況將敏感線路放在干擾較弱的地方。

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