開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生及抑制

摘要：開(kāi)關(guān)電源的突出缺點(diǎn)是會(huì )產(chǎn)生很強的電磁干擾(EMI)。電磁干擾信號頻率范圍廣，具有一定的幅度，傳導和輻射后會(huì )污染電磁環(huán)境，對通信設備和電子產(chǎn)品造成干擾。如果處理不當，開(kāi)關(guān)電源本身就會(huì )成為干擾源。電磁干擾對開(kāi)關(guān)電源效率、安全性和使用的影響日益成為熱點(diǎn)。本文分析了開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生原因和傳播途徑，并提出了抑制干擾的有效措施。

開(kāi)關(guān)電源的突出缺點(diǎn)是會(huì )產(chǎn)生很強的電磁干擾(EMI)。電磁干擾信號頻率范圍廣，具有一定的幅度，傳導和輻射后會(huì )污染電磁環(huán)境，對通信設備和電子產(chǎn)品造成干擾。如果處理不當，開(kāi)關(guān)電源本身就會(huì )成為干擾源。電磁干擾對開(kāi)關(guān)電源效率、安全性和使用的影響日益成為熱點(diǎn)。本文分析了開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生原因和傳播途徑，并提出了抑制干擾的有效措施。

1.正式介紹

電磁兼容性EMC是電磁兼容性的英文縮寫(xiě)。它包括兩層含義：一是運行中的設備產(chǎn)生的電磁輻射必須限制在一定水平；第二，設備本身必須具有一定的抗干擾能力，抗干擾能力必須具備三個(gè)要素：干擾源、耦合通道、敏感體。開(kāi)關(guān)電源對電子電路干擾的抑制對于保證電子系統的正常穩定運行具有重要意義。通過(guò)對開(kāi)關(guān)電源中干擾源和耦合通道的分析，提出了抑制干擾的有效措施。提出了開(kāi)關(guān)電源用干式變壓器的設計和制造方法。

2.開(kāi)關(guān)電源中的干擾源和耦合通道

開(kāi)關(guān)電源先先將工頻交流電整流成直流電，然后在開(kāi)關(guān)管的控制下變成高頻，較后通過(guò)整流濾波電路輸出，獲得穩定的直流電壓，因此含有大量的諧波干擾。同時(shí)，由于干式變壓器的漏電感和輸出二極管反向恢復電流引起的峰值，會(huì )產(chǎn)生不同程度的電磁干擾。開(kāi)關(guān)電源中的干擾主要集中在電壓和電流變化較大的元件上(即dv/dt或di/dt很大)，尤其是開(kāi)關(guān)管、輸出二極管和高頻干式變壓器。同時(shí)，雜散電容會(huì )將電網(wǎng)的噪聲傳導到電子系統的電源，干擾電子電路的運行。在這里，我們將分析幾種干擾的原因及其耦合路徑。

2.1輸出整流濾波電路產(chǎn)生濾波干擾。橋式整流器和電容濾波電路廣泛應用于開(kāi)關(guān)電源的輸出端。由于整流二極管的非線(xiàn)性和濾波電容的儲能效應，輸出電流成為一個(gè)周期短、峰值高的峰值電流。除基波外，這種失真的輸入電流還包含大量高次諧波成分。

2.2開(kāi)關(guān)電路引起的干擾

開(kāi)關(guān)電路的核心也是主要干擾源之一，主要由開(kāi)關(guān)管和高頻干式變壓器組成。開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生的Dv/dt脈沖大，頻帶寬，諧波豐富。這種脈沖干擾的主要原因是：

(1)開(kāi)關(guān)管導通的瞬間，干式變壓器的初級線(xiàn)圈產(chǎn)生較大的浪涌電流，初級線(xiàn)圈兩端出現較高的浪涌峰值電壓；在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的時(shí)刻，由于初級線(xiàn)圈的漏磁通，一部分能量沒(méi)有從初級線(xiàn)圈傳輸到次級線(xiàn)圈，并且存儲在漏電感中的這部分能量將與開(kāi)關(guān)管本身的極間電容和電阻一起形成具有峰值的衰減振蕩，這將疊加在開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷電壓上 #p#分頁(yè)標題#e#

(2)輸出二極管正向導通時(shí)，PN結中的電荷積累，二極管加反向電壓，產(chǎn)生反向電流，積累的電荷就會(huì )消失。因為切換時(shí)二次整流電路中V的頻率很高，也就是從導通到關(guān)斷的時(shí)間很短，所以短時(shí)間內存儲的電荷消失時(shí)會(huì )產(chǎn)生反向電流的浪涌。由于DC輸出中分布電容和分布電感的存在，浪涌引起的干擾變成高頻衰減和振蕩減弱。

(3)高頻干式變壓器的初級線(xiàn)圈、開(kāi)關(guān)管和濾波電容組成的高頻開(kāi)關(guān)電流回路，可能產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾。

2.3干擾的耦合通道

由于干式變壓器初級繞組之間的雜散電容，開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的共模干擾在初級和次級側通過(guò)干式變壓器傳播。相比之下，差模干擾路徑相對簡(jiǎn)單，易于處理。本文主要介紹共模干擾的產(chǎn)生和抑制。

3.抑制干擾的措施

下面是我們制作開(kāi)關(guān)電源時(shí)的一些干擾抑制方法。

3.1電源輸入EMI濾波器通常在電源輸入端采用圖3所示的電路。該電路可以抑制共模和差模紋波干擾。圖中每個(gè)元素的作用：

(1)、l、C1和C2用于濾除共模干擾信號。

l為共模扼流圈，通常電感在2MH-33mH左右。

C1和C2是旁路電容，也叫Y電容。電容約為2200pF。電容過(guò)大會(huì )影響設備的絕緣性能。

(2) C3和C4用于濾除差模干擾信號。

C3和C4是電源交叉電容器，也稱(chēng)為X電容器。常用陶瓷電容器或聚酯薄膜電容器。電容為0.22 f-0.47 f。

3.2開(kāi)關(guān)管和輸出二極管

3.3高頻干式變壓器的設計和制作

干式變壓器是開(kāi)關(guān)電源的較關(guān)鍵器件之一。干式變壓器不僅要設計合理，在制作上也很有講究。一個(gè)好的干式變壓器既要滿(mǎn)足帶負荷能力，還要能起到較少和抑制干擾的作用。先先應根據輸出負載的大小選擇干式變壓器的類(lèi)型和磁芯的型號。確定干式變壓器的線(xiàn)徑及線(xiàn)數。依據bobbin的槽寬并以電流密度6A/mm2為參考，綜合考慮電流的趨膚效應，決定干式變壓器的線(xiàn)徑及線(xiàn)數。根據電路的拓撲結構和設計要素，計算初次級繞組的電感量，如果是反激式電源還應計算干式變壓器氣隙的大小，氣隙的大小決定了干式變壓器的帶負載能力，同時(shí)也會(huì )影響干式變壓器漏感的大小。而漏感是產(chǎn)生干擾的一個(gè)重要原因，在滿(mǎn)足帶負載能力的情況下，漏感以小些為好。干式變壓器的結構設計和繞組分配。

干式變壓器有兩種常見(jiàn)的繞法：順序繞法和夾層繞法。順序繞法一般漏感為原邊電感量的5%左右，但由于初，次級只有一個(gè)接觸面，原副邊間雜散電容較小。夾層繞法一般漏感為原邊電感量的1-3%左右，但由于初，次級只有一個(gè)接觸面，原副邊間雜散電容較大。漏感是產(chǎn)生干擾的重要因素，原副邊間雜散電容是干擾的傳播通道，為抑制干擾，既要減少漏感又要減小漏感原副邊間雜散電容。#p#分頁(yè)標題#e#

因此，設計時(shí)應綜合考慮這兩個(gè)方面進(jìn)行設計，具體采用何種繞法應該根據實(shí)際情況而定。干式變壓器的屏蔽層。在EMI干擾較強的情況下，常在干式變壓器的初次級之間加入一層屏蔽層，通過(guò)加入屏蔽層切斷了初次級間雜散電容的路徑，讓其都對地形成電容，其屏蔽效果非常好，可以大為減少EMI，同時(shí)對于電網(wǎng)串入的瞬態(tài)干擾也有一定的抑制作用。但干式變壓器的制作工藝和成本都上升。屏蔽層有銅層和繞線(xiàn)層兩種，銅層的效果較佳。輸出整流濾波為了增加對干擾的濾波效果，可以在電源的二次輸出側加入二級濾波和一個(gè)共模電感。L1，C1組成二級濾波電器，濾除差模干擾；L2是輸出共模電感，濾除輸出電壓中所含有的共模干擾。

3.5PCBLAYOUT應注意的問(wèn)題

布線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源中包含有高頻信號，PCB上任何印制線(xiàn)都可以起到天線(xiàn)的作用，印制線(xiàn)的長(cháng)度和寬度會(huì )影響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應。因此應將所有通過(guò)高頻交流的電流和印制線(xiàn)設計得盡可能短而寬，這意味著(zhù)必須將所有連接到印制線(xiàn)和連接到其他電源線(xiàn)的元器件放置的很近。印制線(xiàn)的長(cháng)度與其表現出的電感量和阻抗成正比，而寬度則與印制線(xiàn)的電感量和阻抗成反比。根據印制線(xiàn)路經(jīng)電流的大小，應盡量加粗電源線(xiàn)寬度，減少環(huán)路電阻。

4、結束語(yǔ)

我們在設計和制作反激式開(kāi)關(guān)電源時(shí)，采用了上述措施，干式變壓器采用順序繞法帶銅屏蔽層，輸出側加共模濾波電感后，+5v輸出電壓波形上的毛刺和紋波的峰值都小于60Mv，而在才用這些措施前毛刺和紋波的峰值大于500Mv。通過(guò)比較，我們發(fā)現這些措施確實(shí)能夠對干擾起到很好的作用。抑制開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的措施還有很多，比如屏蔽技術(shù)、接地等等。在設計開(kāi)關(guān)電源時(shí)應綜合考慮各種因數，盡可能抑制開(kāi)關(guān)電源的各種噪音，提高開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性，使開(kāi)關(guān)電源得到更廣泛的應用。