如何抑制開(kāi)關(guān)電源的干擾？

　　引言

　　開(kāi)關(guān)電源作為電子設備的供電裝置，具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在數字電路中得到了廣泛的應用，然而由于工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，屬于強干擾源，其本身產(chǎn)生的干擾直接危害著(zhù)電子設備的正常工作。因此，抑制開(kāi)關(guān)電源本身的電磁噪聲，同時(shí)提高其對電磁干擾的抗擾性，以保證電子設備能夠長(cháng)期安全可靠地工作，是開(kāi)發(fā)和設計開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)重要課題。

　　1 開(kāi)關(guān)電源干擾的產(chǎn)生

　　開(kāi)關(guān)電源的干擾一般分為兩大類(lèi)：一是開(kāi)關(guān)電源內部元器件形成的干擾;二是由于外界因素影響而使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。兩者都涉及到人為因素和自然因素。

　　1.1 開(kāi)關(guān)電源內部干擾

　　開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的EMI主要是由基本整流器產(chǎn)生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾。

　　1.1.1基本整流器

　　基本整流器的整流過(guò)程是產(chǎn)生EMI最常見(jiàn)的原因。這是因為工頻交流正弦波通過(guò)整流后不再是單一頻率的電流，而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量，諧波(特別是高次諧波)會(huì )沿著(zhù)輸電線(xiàn)路產(chǎn)生傳導干擾和輻射干擾，使前端電流發(fā)生畸變，一方面使接在其前端電源線(xiàn)上的電流波形發(fā)生畸變，另一方面通過(guò)電源線(xiàn)產(chǎn)生射頻干擾。

　　1.1.2功率變換電路

　　功率變換電路是開(kāi)關(guān)穩壓電源的核心，它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要元器件為

　　1)開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內部的引線(xiàn)間存在分布電容，當開(kāi)關(guān)管流過(guò)大的脈沖電流(大體上是矩形波)時(shí)，該波形含有許多高頻成份;同時(shí)，關(guān)電源使用的器件參數如開(kāi)關(guān)功率管的存儲時(shí)間，輸出級的大電流，開(kāi)關(guān)整流二極管的反向恢復時(shí)間，會(huì )造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流，另外，開(kāi)關(guān)管的負載是高頻變壓器或儲能電感，在開(kāi)關(guān)管導通的瞬間，變壓器初級出現很大的涌流，造成尖峰噪聲。

　　2)高頻變壓器 開(kāi)關(guān)電源中的變壓器，用作隔離和變壓，但由于漏感的原因，會(huì )產(chǎn)生電磁感應噪聲;同時(shí)，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(huì )將一次側高次諧波噪聲傳遞給次級，而變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周?chē)a(chǎn)生的電磁場(chǎng)更容易在其他引線(xiàn)上耦合形成噪聲。

　　3)整流二極管二次側整流二極管用作高頻整流時(shí)，由于反向恢復時(shí)間的因素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時(shí)不能立即消除(因載流子的存在，還有電流流過(guò))。一旦這個(gè)反向電流恢復時(shí)的斜率過(guò)大，流過(guò)線(xiàn)圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓，在變壓器漏感和其他分布參數的影響下將產(chǎn)生較強的高頻干擾，其頻率可達幾十MHz。

　　4)電容、電感器和導線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源由于工作在較高頻率，會(huì )使低頻元件特性發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲。

　　1.2 開(kāi)關(guān)電源外部干擾

　　開(kāi)關(guān)電源外部干擾可以以“共?！被颉安钅！狈绞酱嬖?。干擾類(lèi)型可以從持續期很短的尖峰干擾到完全失電之間進(jìn)行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續噪聲或雜波以及瞬變等，電源干擾的類(lèi)型見(jiàn)表1。

　　在表1中的幾種干擾中，能夠通過(guò)電源進(jìn)行傳輸并造成設備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波，而靜電放電等干擾只要電源設備本身不產(chǎn)生停振、輸出電壓跌落等現象，就不會(huì )造成因電源引起的對用電設備的影響。

　　2 開(kāi)關(guān)電源干擾耦合途徑

　　開(kāi)關(guān)電源干擾耦合途徑有兩種方式：一種是傳導耦合方式，另一種是輻射耦合方式。

　　2.1 傳導耦合

　　傳導耦合是騷擾源與敏感設備之間的主要耦合途徑之一。傳導耦合必須在騷擾源與敏感設備之間存在有完整的電路連接，電磁騷擾沿著(zhù)這一連接電路從騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感設備，產(chǎn)生電磁干擾。按其耦合方式可分為電路性耦合、電容性耦合和電感性耦合。在開(kāi)關(guān)電源中，這3種耦合方式同時(shí)存在，互相聯(lián)系。

　　2.1.1電路性耦合

　　電路性耦合是最常見(jiàn)、最簡(jiǎn)單的傳導耦合方式。其又有以下幾種：

　　1)直接傳導耦合導線(xiàn)經(jīng)過(guò)存在騷擾的環(huán)境時(shí)，即拾取騷擾能量并沿導線(xiàn)傳導至電路而造成對電路的干擾。

　　2)共阻抗耦合由于兩個(gè)以上電路有公共阻抗，當兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會(huì )影響到另一個(gè)電路，這就是共阻抗耦合。形成共阻抗耦合騷擾的有電源輸出阻抗、接地線(xiàn)的公共阻抗等。

　　2 1.2電容性耦合

　　電容性耦合也稱(chēng)為電耦合，由于兩個(gè)電路之生的尖峰電壓是一種有較大幅度的窄脈沖，其頻間存在寄生電容，使一個(gè)電路的電荷通過(guò)寄生電容影響到另一條支路。

　　2.1.3 電感性耦合

　　電感性耦合也稱(chēng)為磁耦合，兩個(gè)電路之間存在互感時(shí)，當干擾源是以電源形式出現時(shí)，此電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)互感耦合對鄰近信號形成干擾。

　　2.2 輻射耦合

　　通過(guò)輻射途徑造成的騷擾耦合稱(chēng)為輻射耦合。輻射耦合是以電磁場(chǎng)的形式將電磁能量從騷擾源經(jīng)空間傳輸到接受器。通常存在4種主要耦合途徑：天線(xiàn)耦合、導線(xiàn)感應耦合、閉合回路耦合和孔縫耦合。