摘要：當(dāng)前電子技術(shù)正朝著高頻、高速、高靈敏度、高可靠性、多功能、小型化的方向發(fā)展，導(dǎo)致了現(xiàn)代電子設(shè)備產(chǎn)生和接受電磁干擾的機(jī)率大大增加，所以EMI已成為許多電子設(shè)備與系統(tǒng)能否在應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)正?？煽窟\(yùn)行的主要障礙之一。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源；抑制；電磁干擾

中圖分類號(hào)：U291.4+5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

開關(guān)電源使用的實(shí)際環(huán)境中總是存在著由自然因素或人為因素產(chǎn)生的電磁能量，這些電磁能量對(duì)開關(guān)電源產(chǎn)生多余而有害的信號(hào)，即為干擾噪聲。這種干擾噪聲的產(chǎn)生來(lái)自兩個(gè)方面:一是來(lái)自外部干擾源的噪聲，另一是來(lái)自開關(guān)電源本身內(nèi)部電路的噪聲。

1 開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理

開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來(lái)分，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明：

1.1 二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò)，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí)，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里，電流會(huì)反向流動(dòng)，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。

1.2 開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾

功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí)，這種諧波干擾將會(huì)很小。另外，功率開關(guān)管在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。

1.3 交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

無(wú)工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。

開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過(guò)開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過(guò)輸入輸出線傳播時(shí)，都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

1.4 其他原因

元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。

2 開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)

作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大;干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚;開關(guān)頻率不高(從幾十千赫和數(shù)兆赫茲)，主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。

3 抑制電磁干擾的措施

3.1 干擾抑制技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

抑制干擾要“對(duì)癥下藥”。即只有在深入的分析了干擾的來(lái)源、性質(zhì)、傳遞方式、藕合方式以及干擾是以何種形式、在什么位置影響工作后，才能正確選擇合適的抑制技術(shù)?？偟膩?lái)說(shuō)，采用“滅”、“阻”、“抗”等三種方法來(lái)抑制干擾。

3.1.1消除干擾源-“滅”干擾的方法

消除干擾源一種積極的措施.例如，大功率變壓器會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的工頻干擾，若能把變壓器搬走，或暫時(shí)停電或在遠(yuǎn)離干擾的地方進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣就能消除由變壓器引起的工頻干擾。原則上講，對(duì)于干擾源都應(yīng)予消除。但是在實(shí)際測(cè)量時(shí)，有些干擾源是不能消除的。例如，自然界的干擾，大功率電臺(tái)發(fā)出的射頻干擾等，此時(shí)，只能采用其它抑制方法來(lái)消除這些干擾。

3.1.2破壞干擾的傳輸途徑-“阻止”干擾的方法

干擾的傳輸方式可分兩類:其一是以“場(chǎng)”的形式傳輸，例如，電容性耦合和互感性耦合;其二是以“路”的形式傳輸，例如，共阻抗耦合和漏電流耦合。對(duì)于以“路”形式傳輸?shù)母蓴_，采取提高絕緣性能的方法以抑制漏電流耦合干擾;采用隔離變壓器、光電耦合抑制共模干擾產(chǎn)生的環(huán)路電流;采用濾波、選頻、屏蔽等技術(shù)消除干擾，采用合理的接地技術(shù)消除“共地”阻抗耦合，采用退耦電路消除電源內(nèi)阻的影響等。對(duì)于以“場(chǎng)”形式傳輸?shù)母蓴_，一般采用屏蔽和接地技術(shù)等。

3.1.3提高接收電路的抗干擾能力-“抗”的方法

一臺(tái)設(shè)計(jì)良好的電子裝置，應(yīng)該具有對(duì)有用信號(hào)敏感且具有一定的抗干擾能力。一般情況是:高輸入阻抗電路比低輸入阻抗電路更容易受到干擾的影響;布局松散的電子裝置比結(jié)構(gòu)緊湊的電子裝置更易受外來(lái)干擾;模擬電路比數(shù)字電路的抗干擾能力差等。在設(shè)計(jì)電路時(shí)，對(duì)輸入放大器采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，采用雙絞線作為傳輸線，采用合理接地和退耦、濾波以及選頻等方法提高接收電路的抗干擾能力。

3.2屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)能夠抑制電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾，正確地使用屏蔽技術(shù)既能抑制干擾源對(duì)其它電子系統(tǒng)的影響，也能阻止干擾源進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部。因此，屏蔽技術(shù)能用來(lái)防止干擾，也能用來(lái)阻斷干擾。屏蔽技術(shù)的基本原理是把電力線和磁力線的影響限制在某個(gè)范圍.即隔斷“場(chǎng)”的耦合。

3.2.1靜電屏蔽

靜電屏蔽的方法:選用低電阻的金屬材料(如鋼和鋁)制成一個(gè)空腔的金屬盒（稱為屏蔽盒)，將電路置于屏蔽盒內(nèi)，并將屏蔽盒良好接大地。

靜電屏蔽的原理:由靜電學(xué)理論可知，處于靜電平衡狀態(tài)而且接地的屏蔽盒內(nèi)，如果其內(nèi)部無(wú)凈電荷，外電場(chǎng)在屏蔽盒上產(chǎn)生的電荷通過(guò)接地線進(jìn)入大地，屏蔽盒內(nèi)任何一點(diǎn)處的電場(chǎng)為零，即盒內(nèi)的電位處處相等，因此，置于屏蔽盒內(nèi)的接收電路不會(huì)受外界電場(chǎng)的影響。同理，當(dāng)屏蔽盒內(nèi)有一個(gè)電量+Q的電荷，在屏蔽盒的內(nèi)外側(cè)產(chǎn)生符號(hào)相異的電荷，但因屏蔽盒接地，則外表面的感應(yīng)電荷被中和，這樣屏蔽盒外不存在電場(chǎng).因此屏蔽盒內(nèi)帶電體的電場(chǎng)不會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生影響。

3.2.2電磁屏蔽

電磁屏蔽的方法:采用導(dǎo)電良好的材料制成屏蔽盒，將欲保護(hù)電路置于屏蔽盒內(nèi)，這樣屏蔽盒內(nèi)的電磁場(chǎng)不會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生干擾，外界電磁干擾也不會(huì)干擾屏蔽盒內(nèi)的電路。其原理是，由電渦流效應(yīng)和集膚效應(yīng)可知，屏蔽盒具有阻斷高頻電磁波透入的特性。屏蔽層的厚度只要超過(guò)干擾電磁波透射深度的3倍即可。實(shí)際上屏蔽層的厚度只要能滿足機(jī)械強(qiáng)度就行了。若把屏蔽盒接地，則兼有靜電屏蔽作用。

3.2.3低頻磁屏蔽

為了防止低頻磁場(chǎng)干擾，要用高磁導(dǎo)率材料制作屏蔽罩，使干擾磁場(chǎng)的磁力線在屏蔽罩內(nèi)構(gòu)成磁通路。由高磁導(dǎo)率材料內(nèi)的磁阻比空氣的磁阻小得多，因此，屏蔽罩外的漏磁可以略去不計(jì)，從而抑制低頻磁場(chǎng)的干擾作用。

磁屏蔽罩應(yīng)選擇高磁導(dǎo)率材料，如坡莫合金，鐵氧體罐等.并注意所用材料應(yīng)有足夠的厚度.以減少磁阻和防止磁飽和。同時(shí)注意到所用材料的頻率特性，如坡莫合金在頗率超過(guò)500Hz時(shí)，其磁導(dǎo)率急劇下降，同時(shí)注意所用材料的環(huán)境溫度，當(dāng)溫度升高，其磁導(dǎo)率下降;坡莫合金在經(jīng)機(jī)械加工后，導(dǎo)磁率下降，因此加工后必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚怼?/p>

3.3接地技術(shù)

選擇合理的接地點(diǎn)是抑制干擾的重要措施。電纜屏蔽層或屏蔽罩(如機(jī)殼等)都必須選擇合理的接地點(diǎn)，才能有較強(qiáng)的抗干擾能力，為了防止共阻抗耦合產(chǎn)生的干擾，在印制電路板布線時(shí)也要選擇合理的接地點(diǎn):在實(shí)際測(cè)量中若同時(shí)使用多個(gè)儀器時(shí)，也要選擇合理的接地點(diǎn)等等。如果接地不當(dāng).就會(huì)導(dǎo)致干擾，甚至造成測(cè)量?jī)x器無(wú)法工作。由此可見，接地是一很重要的問(wèn)題。

結(jié)束語(yǔ)

近些年來(lái)，隨著電源技術(shù)的飛速發(fā)展，高頻開關(guān)電源控制從最初的模擬電路逐漸發(fā)展到微處理器、DSP等高集成度的控制器件。這些器件體積小、精密度高，但開關(guān)電源內(nèi)的電磁干擾、輻射相對(duì)其他通訊設(shè)備更強(qiáng)，這對(duì)高頻開關(guān)電源的抗干擾設(shè)計(jì)技術(shù)提出了更高的要求。

參考文獻(xiàn)

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