開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生干擾的原因_開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的控制技術(shù)

　　一、開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生干擾的原因

　　開(kāi)關(guān)電源首先將工頻交流整流為直流，再逆變?yōu)楦哳l，最后經(jīng)過(guò)整流濾波電路輸出，得到穩(wěn)定的直流電壓，因此自身含有大量的諧波干擾。同時(shí)，由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復(fù)電流造成的尖峰，都形成了潛在的電磁干擾。開(kāi)關(guān)電源中的干擾源主要集中在電壓、電流變化大的元器件上，突出表現(xiàn)在開(kāi)關(guān)管、二極管、高頻變壓器等上。

　?、?a href="http://ttokpm.com/soft/data/4-15/" target="_blank">開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾

　　開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的主要干擾源之一。開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的核心，主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。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。

　　這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是：開(kāi)關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線(xiàn)圈，是感性負(fù)載。在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通瞬間，初級(jí)線(xiàn)圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級(jí)線(xiàn)圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓；在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)瞬間，由于初級(jí)線(xiàn)圈的漏磁通，致使一部分能量沒(méi)有從一次線(xiàn)圈傳輸?shù)蕉尉€(xiàn)圈，儲(chǔ)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振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰。

　　電源電壓中斷會(huì)產(chǎn)生與初級(jí)線(xiàn)圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變，這種瞬變是一種傳導(dǎo)型電磁干擾，既影響變壓器初級(jí)，還會(huì)使傳導(dǎo)干擾返回配電系統(tǒng)，造成電網(wǎng)諧波電磁干擾，從而影響其他設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

　?、谡麟娐樊a(chǎn)生的電磁干擾

　　整流電路中，在輸出整流二極管截止時(shí)有一個(gè)反向電流，它恢復(fù)到零點(diǎn)的時(shí)間與結(jié)電容等因素有關(guān)。其中，能將反向電流迅速恢復(fù)到零的二極管稱(chēng)為硬恢復(fù)特性二極管，這種二極管在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾，其頻率可達(dá)幾十MHz。

　　高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(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）。

　　③高頻變壓器

　　高頻變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈、開(kāi)關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾。如果電容濾波容量不足或高頻特性不好，電容上的高頻阻抗會(huì)使高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中形成傳導(dǎo)干擾。

　　需要注意的是，在二極管整流電路產(chǎn)生的電磁干擾中，整流二極管反向恢復(fù)電流的di/dt遠(yuǎn)比續(xù)流二極管反向恢復(fù)電流的di/dt大得多。作為電磁干擾源來(lái)研究，整流二極管反向恢復(fù)電流形成的干擾強(qiáng)度大、頻帶寬。

　　④分布電容引起的干擾

　　開(kāi)關(guān)電源工作在高頻狀態(tài)，因而其分布電容不可忽略。一方面，散熱片與開(kāi)關(guān)管集電極間的絕緣片接觸面積較大，且絕緣片較薄，因此兩者間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略。

　　高頻電流會(huì)通過(guò)分布電容流到散熱片上，再流到機(jī)殼地，產(chǎn)生共模干擾；另一方面，脈沖變壓器的初次級(jí)之間存在著分布電容，可將原邊電壓直接耦合到副邊上，在副邊作直流輸出的兩條電源線(xiàn)上產(chǎn)生共模干擾。

　?、蓦s散參數(shù)影響耦合通道的特性

　　在傳導(dǎo)干擾頻段（《30MHz），多數(shù)開(kāi)關(guān)電源干擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述的。但是，開(kāi)關(guān)電源中的任何一個(gè)實(shí)際元器件，如電阻、電容、電感乃至開(kāi)關(guān)管、二極管都包含有雜散參數(shù)，且研究的頻帶愈寬，等值電路的階次愈高。

　　二、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的控制技術(shù)

　　要解決開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾問(wèn)題，可從3個(gè)方面入手：

　　1）減小干擾源產(chǎn)生的干擾信號(hào)；

　　2）切斷干擾信號(hào)的傳播途徑；

　　3）增強(qiáng)受干擾體的抗干擾能力。因此，開(kāi)關(guān)電源電磁電磁干擾要控制技術(shù)主要有：電路措施、EMI濾波、元器件選擇、屏蔽和印制電路板抗干擾設(shè)計(jì)等。

　?、贉p少開(kāi)關(guān)電源本身的干擾

　　軟開(kāi)關(guān)技術(shù)：在原有的硬開(kāi)關(guān)電路中增加電感和電容元件，利用電感和電容的諧振，降低開(kāi)關(guān)過(guò)程中的du/dt和di/dt，使開(kāi)關(guān)器件開(kāi)通時(shí)電壓的下降先于電流的上升，或關(guān)斷時(shí)電流的下降先于電壓的上升，來(lái)消除電壓和電流的重疊。

　　開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)：通過(guò)調(diào)制開(kāi)關(guān)頻率fc，把集中在fc及其諧波2fc、3fc…上的能量分散到它們周?chē)念l帶上，以降低各個(gè)頻點(diǎn)上的EMI幅值。該方法不能降低干擾總量，但能量被分散到頻點(diǎn)的基帶上，從而使各個(gè)頻點(diǎn)都不超過(guò)EMI規(guī)定的限值。為了達(dá)到降低噪聲頻譜峰值的目的，通常有兩種處理方法：隨機(jī)頻率法和調(diào)制頻率法。

　　共模干擾的有源抑制技術(shù)：設(shè)法從主回路中取出一個(gè)與導(dǎo)致電磁干擾的主要開(kāi)關(guān)電壓波形完全反相的補(bǔ)償EMI噪聲電壓，并用它去平衡原開(kāi)關(guān)電壓。

　　減小電磁干擾的緩沖電路：其由線(xiàn)性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)組成，作用是消除在供電電力線(xiàn)內(nèi)潛在的干擾，包括電力線(xiàn)干擾、電快速瞬變，電涌，電壓高低變化和電力線(xiàn)諧波等。這些干擾對(duì)一般穩(wěn)壓電源來(lái)說(shuō)，影響不是很大，但對(duì)高頻開(kāi)關(guān)電源的影響顯著。

　　濾波：EMI濾波器的主要目的之一，就是要在150kHz～30MHz的頻段范圍獲得較高的插入損耗，但對(duì)頻率為50Hz工頻信號(hào)不產(chǎn)生衰減，使額定電壓、電流順利通過(guò)，同時(shí)還必須滿(mǎn)足一定的尺寸要求。任何電源線(xiàn)上的傳導(dǎo)干擾信號(hào)，均可用差模和共模信號(hào)來(lái)表示。

　　PCB設(shè)計(jì)：PCB抗干擾設(shè)計(jì)主要包括PCB布局、布線(xiàn)及接地，其目的是減小PCB的電磁輻射和PCB上電路之間的串?dāng)_。開(kāi)關(guān)電源布局的最佳方法與其電氣設(shè)計(jì)類(lèi)似。在確定PCB的尺寸形狀后，再確定特殊元器件（如各種發(fā)生器、晶振等）的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。

　　元器件的選擇：選擇不易產(chǎn)生噪聲、不易傳導(dǎo)和輻射噪聲的元器件。通常特別值得注意的是，二極管和變壓器等繞組類(lèi)元器件的選用。反向恢復(fù)電流小、恢復(fù)時(shí)間短的快速恢復(fù)二極管是開(kāi)關(guān)電源高頻整流部分的理想器件。

　　②切斷干擾信號(hào)的傳播途徑—共模、差模電源線(xiàn)濾波器設(shè)計(jì)

　　電源線(xiàn)干擾可以使用電源線(xiàn)濾波器濾除。一個(gè)合理有效的開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器應(yīng)該對(duì)電源線(xiàn)上差模和共模干擾都有較強(qiáng)的抑制作用。

　　③增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力

　　提高敏感器件的抗干擾性能是指從敏感器件這邊考慮盡量減少對(duì)干擾噪聲的拾取，以及從不正常狀態(tài)盡快恢復(fù)的方法。