開(kāi)關(guān)電源電磁兼容性技術(shù)分析

減小開(kāi)關(guān)電源的內部騷擾，實(shí)現其自身的電磁兼容性，提高開(kāi)關(guān)電源的穩定性及可靠性，應從以下幾個(gè)方面入手：①注意數字電路與模塊電路PCB布線(xiàn)的正確分區;②數字電路與模擬電路電源的去耦;③數字電路與模擬電路單點(diǎn)接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點(diǎn)接地以減小共阻騷擾，減小地環(huán)地影響，布線(xiàn)時(shí)注意相鄰線(xiàn)間的間距及信號性質(zhì)，避免產(chǎn)生串擾，減小輸出整流回路及續流二極管回路與支流濾波電路所包圍的面積，減小變壓器的漏電、濾波電感的分布電容，運用諧振頻率高的濾波電容器等。

5 濾波器結構

濾波是一種抑制傳導干擾的方法。例如，在電源輸入端接上濾波器，可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害，也可以抑制由開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線(xiàn)傳導干擾的重要單元，在設備或系統的電磁兼容設計中具有極其重要的作用。它不僅可以抑制傳輸線(xiàn)上的傳導干擾，同時(shí)對傳輸線(xiàn)上的輻射發(fā)射也具有顯著(zhù)的抑制效果。在濾波電路中，選用穿心電容、三端電容、鐵氧體磁環(huán)，能夠改善電路的濾波特性。進(jìn)行適當的設計或選擇合適的濾波器，并正確的安裝濾波器是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。在交流電輸入端加裝的電源濾波器電路如圖1所示。圖中Ld、Cd用于抑制差模噪聲，一般取Ld為100 mH -700mH，Cd取1uF -10uF。Lc、Cc用于抑制共模噪聲，可根據實(shí)際情況加以調整。

圖1 電源濾波器

所有電源濾波器都必須接地(廠(chǎng)家特別說(shuō)明允許不接地的除外)，因為濾波器的共模旁路電容必須在接地時(shí)才起作用。一般的接地方法是除了將濾波器與金屬外殼相接之外，還要用較粗的導線(xiàn)將濾波器外殼與設備的接地點(diǎn)相連。接地阻抗越低，濾波效果越好。

濾波器盡量安裝在靠近電源入口處。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠離，避免干擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。

如在電源輸出端加輸出濾波器、加裝高頻電容、加大輸出濾波電感的電感量及濾波電容的容量，則可以抑制差模噪聲。如果把多個(gè)電容并聯(lián)，則效果會(huì )更好。

幾種濾波器的構成如圖2所示。在圖2(a)中，阻抗Z=1/(ωC1)，高頻區域用陶瓷電容、聚酯薄膜電容并聯(lián)，其濾波效果更好。圖2(b)中，噪聲能通過(guò)電容旁路到地線(xiàn)上，這種濾波器連接時(shí)應使接地阻抗盡量小。圖2(c)中，C1、C2對不對稱(chēng)噪聲有良好的濾波效果，C3對對稱(chēng)噪聲有良好的濾波效果，連接時(shí)應使電容器的引線(xiàn)及接地線(xiàn)盡量短。圖2(d)為常用的噪聲濾波電路，L1、L2對噪聲呈現高阻抗，而C1則對噪聲呈現低阻抗。當L1、L2采用共模電感結構時(shí)，對對稱(chēng)和非對稱(chēng)噪聲都有較好的濾波效果。圖2(e)適用于共模噪聲進(jìn)行濾波，應注意的是其接地阻抗同樣應盡量小。

圖2 各種濾波器構成

圖3是對共模噪聲和差模噪聲都有效的濾波器電路。其中，L1、L2、C1為抑制差模噪聲回路，L3、C2、C3構成抑制共模噪聲回路。L1、L2的鐵心應選擇不易磁飽和的材料及M-F特性?xún)?yōu)良的鐵心材料。C1使用陶瓷電容或聚酯薄膜電容，應有足夠的耐壓值，其容量一般取0.22?F -0.47?F。L3為共模電感，對共模噪聲具有較高的阻抗、較好的抑制效果。

圖3 濾波器電路

6 EMI濾波器選用與安裝

開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器中的4只電容器用了兩種不同的下標“x”和“y”，不僅說(shuō)明了它們在濾波網(wǎng)絡(luò )中的作用，還表明了它們在濾波網(wǎng)絡(luò )中的安全等級。無(wú)論是選用還是設計EMI濾波器，都要認真的考慮Cx和Cy的安全等級。在實(shí)際應用中，Cx電容接在單相電源線(xiàn)的L和N之間，它上面除加有電源額定電壓外，還會(huì )疊加L和N之間存在的EMI信號峰值電壓。因此，要根據EMI濾波器的應用場(chǎng)合和可能存在的EMI信號峰值，正確選用適合安全等級的Cx電容器。Cy電容器是接在電源供電線(xiàn)L、N與金屬外殼(E)之間的，對于220V、50Hz電源，它除符合250V峰值電壓的耐壓要求外，還要求這種電容器在電氣和機械性能方面具有足夠的安全裕量，以避免可能出現的擊穿短路現象。

EMI濾波器是具有互異性的，即把負載接在電源端還是負載端均可。在實(shí)際應用中，為達到有效抑制EMI信號的目的，必須根據濾波器兩端將要連接的EMI信號源阻抗和負載阻抗來(lái)選擇該濾波器的網(wǎng)絡(luò )結構和參數。當EMI濾波器兩端阻抗都處于失配狀態(tài)時(shí)，即圖4中Zs≠Zin、ZL≠Zout時(shí)，EMI信號會(huì )在其輸入和輸出端產(chǎn)生反射，增加對EMI信號的衰減。其信號的衰減A與反射Γ的關(guān)系為：A=–10Lg(1-|Γ|2)。

圖4 濾波器工作原理

在使用開(kāi)關(guān)電源濾波器時(shí)，要注意濾波器在額定電流下的電源頻率。在安裝濾波器時(shí)，要特別注意濾波器的輸入導線(xiàn)與輸出導線(xiàn)的間隔距離，不能把它們捆在一起走線(xiàn)，否則EMI信號很容易從輸入線(xiàn)上耦合到輸出線(xiàn)上，這將大大降低濾波器的抑制效果。

7 結語(yǔ)

在開(kāi)關(guān)電源設計中，為了少走彎路和節省時(shí)間，應充分考慮并滿(mǎn)足抗干擾性的要求，避免在設計完成后去進(jìn)行抗干擾的補救措施。