開(kāi)關(guān)電源傳導EMI預測方法之建立合理頻域模型

開(kāi)關(guān)式穩壓電源的體積小、重量輕、效率高、穩壓范圍寬且安全可靠，在很多電子設備中被采用。但是，它像其他電路一樣同樣存在一些問(wèn)題，如控制電路復雜，較高的工作頻率會(huì )對電視機、收音機等產(chǎn)生電磁輻射干擾使得收音機出現噪聲、電視機出現噪波點(diǎn)，甚至還會(huì )通過(guò)反饋干擾其他電子設備的正常工作。

1.超音頻振蕩的干擾問(wèn)題

開(kāi)關(guān)式穩壓電源的工作頻率多為20-100kHz，屬于超音頻范圍。作為該電源的開(kāi)關(guān)調整器件晶體管或場(chǎng)效應晶體管以相應的頻率工作在導通與截止狀態(tài)，振蕩波形近似于方波(還存在過(guò)沖)，根據傅里葉分析法可以進(jìn)行分解，即得到直流分量、基波和高次諧波，基波的能量最大，其次是三次、五次、七次……等等。

2.無(wú)線(xiàn)電廣播與電磁干擾的關(guān)系

眾所周知，無(wú)線(xiàn)電廣播是利用調制的方法來(lái)傳播信息的。音頻信號對高頻載被采用幅度調制(AM)和頻率調制(FM)的方法，然后通過(guò)發(fā)射天線(xiàn)將調制波以電磁披的形式輻射出去，無(wú)線(xiàn)電接收設備是通過(guò)接收天線(xiàn)將它們接收下來(lái)s再經(jīng)選頻、變頻、放大和解調，還原成為音頻信號，最后通過(guò)低頻功放，由揚聲器放出聲音。如果只有高頻載波而無(wú)音頻范圍的調制信號，那么它的能量再大，無(wú)線(xiàn)電接收設備也不會(huì )通過(guò)揚聲器還原出任何聲音信息的。由此可以想到，僅僅是超音頻方披干擾的存在(超音頻振蕩的下限頻率為15k!氈，已在人耳的可聽(tīng)范圍之外)，產(chǎn)生的高次諧波也不會(huì )成為我們通過(guò)收音機昕到音頻范圍的干擾信號，而實(shí)際上這種干擾有時(shí)卻是很?chē)乐氐?，可能在整個(gè)中波、短波范圍都出現強烈的噪聲，那么干擾來(lái)自哪里呢?開(kāi)關(guān)式穩壓電源存在著(zhù)音頻范圍的干擾信號，并且調制了超音頻振蕩的各次諧波，以類(lèi)似于無(wú)線(xiàn)電廣播的方式干擾收音機等設備，是干擾的重要來(lái)源。

3.直接整流電容濾波電路的特點(diǎn)

采用直接對交流電源進(jìn)行整流濾波方式的高頻開(kāi)關(guān)式穩壓電源，交流輸入電壓為220V、50Hz，一般采用橋式整流電路，然后經(jīng)電解電容器濾波，變成100Hz的鋸齒形脈動(dòng)直流電壓，提供給該開(kāi)關(guān)式穩壓電源。

由圖中可以看到，交流供電電源的作用是每Wms向電解電容器充電一次，以補充開(kāi)關(guān)電路消耗的能量，從電壓的波形上來(lái)看為鋸齒形，但是從電流的波形上來(lái)看卻是脈沖形的，它們都是非正弦周期量，包含有豐富的諧波，并且絕大部分在音頻范圍(20-20000Hz)，其中l00Hz的成分很可能是產(chǎn)生音頻干擾的重要來(lái)源。

同樣，根據傅里葉分析法，這個(gè)非正弦周期函數可以分解成為基波和高次諧波，其能量主要集中在基波附近，高次諧波的能量很少。由于它的峰峰值較小(僅僅為幾伏到幾卡伏)，如果能夠通過(guò)某些電路元件(如LC網(wǎng)絡(luò )等)以電磁波的形式發(fā)射出去，對收音機等元線(xiàn)電接收設備的干擾是比較小的。以中波波段(531-1611kHz)中的1000kHz頻率為例，1∞Hz脈沖形電流中的1則kHz諧波才與之諧振，該頻率上的能量幾乎為零，除非將收音機緊貼其放置，否則不可能出現干擾。但是實(shí)際上許多收音機在距離該開(kāi)關(guān)式穩壓電源較遠的位置仍然可以出現干擾，原因是什么呢?可以通過(guò)下面的分析得出結論。

用低頻信號去調制高頻載波的幅度，使高頻載波的整體包絡(luò )線(xiàn)與低頻信號的變化規律相同，這就是調幅，相應的已調波就是調幅波。如果低頻信號是單一頻率的正弦波，高頻載波也是單一頻率的正弦波，兩者通過(guò)調制作用得到調幅波，根據幅度調制原理，低頻信號的幅度與高頻載波信號的幅度比小于1:3的情況下，載波的包絡(luò )線(xiàn)基本與低頻信號類(lèi)似。如果低頻信號是多個(gè)頻率，則調幅波的頻譜即為載波和上下兩個(gè)邊頻帶。開(kāi)關(guān)式穩壓電源的低頻脈沖幅度較小而高頻開(kāi)關(guān)脈沖的幅度較大，在開(kāi)關(guān)式穩壓電源內部這種調幅作用必然會(huì )發(fā)生，因此該電源所產(chǎn)生的電磁輻射就是調幅干擾波，由于兩者都包含豐富的基波和諧波。交叉調制的結果使得干擾遍布在超音頻以上很寬的頻率范圍內，所以會(huì )在中、短波范圍內昕到強烈的干擾聲音，而且這種干擾幾乎遍布整個(gè)波段。