開(kāi)關(guān)電源電磁干擾機理及新的抑制方法介紹

3.2.2 無(wú)損緩沖電路

在變換器電路中，主二極管反向恢復時(shí)，會(huì )對開(kāi)關(guān)管造成很大的電流、電壓應力，引起很大的功耗，極易造成器件的損壞。為了抑制這種反向恢復電流，減少損耗，而提出了一種無(wú)損緩沖電路[5]，如圖7所示。

圖7 無(wú)損緩沖電路

其主要工作原理是，主開(kāi)關(guān)Q開(kāi)通時(shí)的di/dt應力、關(guān)斷時(shí)的dv/dt應力分別受L1、C1所限制，利用L1、C1、C2之間相互的諧振及能量轉換，實(shí)現對主二極管D反向恢復電流的抑制，使開(kāi)關(guān)損耗、EMI大大減少。不僅如此，由于開(kāi)通時(shí)C1上的能量轉移到C2，關(guān)斷時(shí)C2和L1上的能量轉移到負載，這種緩沖電路的損耗很低，效率很高。

3.2.3 無(wú)源補償技術(shù)

傳統的共模干擾抑制電路如圖8所示。為了使通過(guò)濾波電容Cy流入地的漏電流維持在安全范圍，Cy的值都較小，相應的扼流線(xiàn)圈LCM就變大，特別是由于LCM要傳輸全部的功率，其損耗、體積和重量都會(huì )變大。應用無(wú)源補償技術(shù)，則可以在不影響主電路工作的情況下，較好地抑制電路的共模干擾，并可減少LCM、節省成本。

圖8 共模干擾濾波器

由于共模干擾是由開(kāi)關(guān)器件的寄生電容在高頻時(shí)的dv/dt產(chǎn)生的，因此，用一個(gè)額外的變壓器繞組在補償電容上產(chǎn)生一個(gè)180°的反向電壓，產(chǎn)生的補償電流再與寄生電容上的干擾電流迭加，從而消除干擾。這就是無(wú)源補償的原理。

圖9(a)為加入補償電路的隔離式半橋電路。由于半橋、全橋電路常用于大功率場(chǎng)合，濾波電感LCM較大，所以補償的效果會(huì )更明顯。該電路在變壓器上加了一個(gè)補償線(xiàn)圈Nc，匝數與原邊繞組一樣；補償電容CCOMP的大小則與寄生電容CPARA一樣。這樣一來(lái)，工作時(shí)的Nc使CCOMP產(chǎn)生一個(gè)與CPARA上干擾電流大小相同、方向相反的補償電流，迭加后消除了干擾電流。補償線(xiàn)圈不流過(guò)全部的功率，僅傳輸干擾電流，補償電路十分簡(jiǎn)單。

同樣，對于圖9(b)中的正激式電路，利用其自身的磁復位線(xiàn)圈，可以更加方便地實(shí)現補償。無(wú)源補償技術(shù)還可以應用于非隔離式的變換器電路中，如圖10所示，原理是一樣的。

(b) 帶補償電路的正激電路

(a) 帶補償電路的隔離式半橋電路

圖9 兩種無(wú)源補償電路

(a) Boost電路

(b) Buck電路

圖10 帶補償電路的非隔離式Boost、Buck電路

需要注意的是，無(wú)源補償技術(shù)有一定的應用條件，它受開(kāi)關(guān)電流、電壓的上升、下降時(shí)間，以及變壓器結構等因素的影響，特別當變壓器的線(xiàn)間耦合電容遠大于寄生電容時(shí)，干擾電流不經(jīng)補償線(xiàn)圈而直接進(jìn)入大地，此時(shí)抑制效果就不很理想。

4 結語(yǔ)

產(chǎn)生噪聲的來(lái)源很多，如外來(lái)干擾、機械振動(dòng)、電路設計不當、元器件選擇不當以及結構布局或布線(xiàn)不合理等。在開(kāi)關(guān)變換器中，功率三極管和二極管在開(kāi)－關(guān)過(guò)程中所產(chǎn)生的射頻能量是干擾的主要來(lái)源之一。由于頻率較高，或以電磁能的形式直接向空間輻射（輻射干擾），或以干擾電流的形式沿著(zhù)輸入、輸出導線(xiàn)傳送（傳導干擾），其中后者的危害更為嚴重。

開(kāi)關(guān)電源技術(shù)是一項綜合性技術(shù)，可以利用先進(jìn)的半導體電路設計技術(shù)、磁性材料、電感元件技術(shù)以及開(kāi)關(guān)器件技術(shù)等來(lái)有效地減少和抑制EMI。目前，開(kāi)關(guān)電源已日益廣泛地應用到各種控制設備、通信設備以及家用電器中，其電磁干擾問(wèn)題、及與其它電子設備的電磁兼容問(wèn)題已日益成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，未來(lái)電磁干擾及其相關(guān)問(wèn)題必將得到更多的研究。