開(kāi)關(guān)電源電磁兼容性問(wèn)題研究

國標也等同采用了相應的國際標準。如GB/T17626.1~12系列標準等同采用了IEC61000系列標準;GB9254-1998《信息技術(shù)設備的無(wú)線(xiàn)電干擾限值及測量方法》等同采用CISPR22;GB/T17618-1998《信息技術(shù)設備抗擾度限值和測量方法》等同采用CISPR24。

3 開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性問(wèn)題的由來(lái)

電磁兼容產(chǎn)生的3個(gè)要素為：干擾源、傳播途徑及受干擾體。

開(kāi)關(guān)電源因工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，其引起的電磁兼容性問(wèn)題是相當復雜的。我們從開(kāi)關(guān)電源的組成原理來(lái)分析其產(chǎn)生電磁干擾的原由。

開(kāi)關(guān)電源的種類(lèi)很多，按電路結構可分為串聯(lián)式和直流變換式兩種;按激勵方式可分為自激和他激兩種;按開(kāi)關(guān)管的組合可分為單管、全橋、半橋、推挽，等等。然而，無(wú)論何種類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源，均是利用半導體器件作為開(kāi)關(guān)，以開(kāi)和關(guān)的時(shí)間比例來(lái)控制輸出電壓的高低。由于開(kāi)關(guān)電源的工作頻率都在幾十至幾百kHz，所以線(xiàn)路中的電流和電壓變化率都很大，產(chǎn)生了很大的電磁干擾，它們會(huì )通過(guò)電源線(xiàn)以共模和差模的方式向外傳輸干擾，同時(shí)也會(huì )向周?chē)臻g輻射干擾。圖1是普通開(kāi)關(guān)電源線(xiàn)路圖，用于說(shuō)明電源中電磁干擾的產(chǎn)生與耦合途徑。

圖1 開(kāi)關(guān)電源電路簡(jiǎn)圖

3.1輸入整流回路

在輸入整流回路中，整流管VD1~VD4只有在脈動(dòng)電壓超過(guò)輸入濾波電容C1上的電壓的時(shí)候才能導通，電流才從市電電源輸入，并對C1進(jìn)行充電。一旦C1上的電壓高于市電電源的瞬時(shí)電壓，整流管截止。所以，輸入整流回路的電流是脈沖性質(zhì)的，有著(zhù)豐富的高次諧波電流。輸入電流與市電電源電壓的不同步，還導致了開(kāi)關(guān)電源的功率因數低下。

3 .2開(kāi)關(guān)回路

開(kāi)關(guān)電源在工作時(shí)，開(kāi)關(guān)管VT處于高頻通斷狀態(tài)，經(jīng)由高頻變壓器T的初級線(xiàn)圈、開(kāi)關(guān)管VT和輸入濾波電容C1形成了一個(gè)高頻電流環(huán)路。這個(gè)環(huán)路的存在，就有可能對空間形成電磁輻射。

輸入濾波電容C1對電磁干擾的形成也有一定的影響，如果C1的電容量不足夠大，則輸入濾波效果不好，這時(shí)高頻電流還會(huì )以差模方式傳導到交流電源中去。

此外，在開(kāi)關(guān)回路中，開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)的負載是高頻變壓器的初級線(xiàn)圈，是電感性的，由于高頻變壓器的結構不是完全理想的，除了初級電感外，還存在一定的漏電感。所以，在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷的瞬間，變壓器中存儲的能量不能完全地傳送到次級，結果在高頻變壓器的漏電感上感應出一個(gè)尖峰高電壓，如果尖峰有足夠高的幅度，很有可能會(huì )造成開(kāi)關(guān)管VT的擊穿。

3.3 次級整流回路

開(kāi)關(guān)電源在工作時(shí)，次級整流回路的VD5也處于高頻通斷狀態(tài)。由高頻變壓器次級線(xiàn)圈、整流二極管VD5和濾波電容C2構成了高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路。由于有這個(gè)環(huán)路的存在，同樣也有可能對空間形成電磁輻射。

次級整流回路中的二極管在正向導通時(shí)，PN結被充電;在加反向電壓時(shí)，積累的電荷將被拋散，并因此產(chǎn)生反向電流，這個(gè)過(guò)程非常短暫。所以，在有分布電感和分布電容存在的回路里，實(shí)際上也形成了一個(gè)高頻的諧振電路，當二極管截止瞬間的電流變化非常劇熱時(shí)，在整個(gè)次級整流回路中會(huì )產(chǎn)生高頻衰減振蕩。

3.4控制回路

在控制回路中的脈沖控制信號是主要的干擾源，只不過(guò)與其它各項干擾源比較起來(lái)，控制回路的干擾比較小。

3.5由分布電容引起的干擾

(1)由初級回路開(kāi)關(guān)管外殼與散熱器的容性耦合引起的共模傳導干擾 在初級回路中，開(kāi)關(guān)管外殼與散熱器之間的容性耦合，會(huì )在電源輸入端產(chǎn)生傳導共模干擾。該共模傳導的途徑形成一個(gè)環(huán)路。該環(huán)路始于高du/dt的散熱器和安全接地線(xiàn)，通過(guò)交流電源的高頻導納和輸入電源線(xiàn)返回。