開關(guān)電源電磁干擾的機(jī)理和抑制措施

1、開關(guān)電源電磁干擾的機(jī)理和抑制措施開關(guān)電源電磁干擾的機(jī)理和抑制措施作者：張華鋒羅衛(wèi)華羅友明目前，許多大學(xué)及科研單位都進(jìn)行了開關(guān)電源EMI（ElectromagicInterference）的研究，他們中有些從EMI產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，有些從EMI產(chǎn)生的影響出發(fā)，都提出了許多實(shí)用有價值的方案。這里分析與比較了幾種有效的方案，并為開關(guān)電源EMI的抑制措施提出新的參考建議。1開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分，可分為

2、尖峰干擾和諧波干擾兩種；若按耦合通路來分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：（1）二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，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間里，電流會反向流動，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(didt)。（2）開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電

3、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，這種諧波干擾將會很小。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，也會產(chǎn)生尖峰干擾。（3）交流輸入回路產(chǎn)生的干擾無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會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，通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾；而諧波

4、和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為將電磁干擾耦合到交流輸入端產(chǎn)生共模干擾，解決這個問題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，割斷了射頻干擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射，電磁干擾對其他電子設(shè)備的影響，可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩，然后將整個屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體，就能對電磁場進(jìn)行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連

5、可以起到抑制干擾的作用。例如，靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場的干擾；電磁屏蔽用的導(dǎo)體原則上可以不接地，但不接地的屏蔽導(dǎo)體時常增強(qiáng)靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng)，所以仍以接地為好，這樣使電磁屏蔽能同時發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連，可為信號回路提供穩(wěn)定的參考電位。因此，系統(tǒng)中的安全保護(hù)地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后，最終都與大地相連。在電路系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則，如果形成多點(diǎn)接地，會出現(xiàn)

6、閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線穿過該回路時將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地，利用一個導(dǎo)電平面(底板或多層印制板電路的導(dǎo)電平面層等)作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后，再連接到公共參考點(diǎn)上[1]。濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的

7、一種很好的辦法。例如，在電源輸入端接上濾波器，可以抑制開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，也可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán)，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。EMI濾波技術(shù)是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施，可以濾除多種原因產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。圖3是一種由電容、電感組成的EMI濾波器，接在開關(guān)

8、電源的輸入端。電路中，C1、C5是高頻旁路電容，用于濾除兩輸入電源線間的差模干擾；L1與C2、C4；L2與C3、C4組成共模干擾濾波環(huán)節(jié)，用于濾除電源線與地之間非對稱的共模干擾；L3、L4的初次級匝數(shù)相等、極性相反，交流電流在磁芯中產(chǎn)生的磁通相反，因而可有效地抑制共模干擾。測試表明，只要適當(dāng)選擇元器件的參數(shù)，便可較好地抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。5目前開關(guān)電源EMI抑制措施的不足之處現(xiàn)有的抑制措施大多從消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻