張碧蟬

（山東能源重裝集團(tuán)魯南裝備再制造分公司，山東 棗莊 277021）

開(kāi)關(guān)電源電磁干擾分析及抑制研究

張碧蟬

（山東能源重裝集團(tuán)魯南裝備再制造分公司，山東 棗莊 277021）

在開(kāi)關(guān)電源使用過(guò)程中，電磁干擾問(wèn)題不可完全避免，但可以通過(guò)技術(shù)降低對(duì)其他用電設(shè)備的干擾。本文中，筆者從源頭出發(fā)，剖析了干擾源產(chǎn)生的原因，在此基礎(chǔ)上提出了抑制干擾的方法，并產(chǎn)生了良好的效果。

開(kāi)關(guān)電源；電磁干擾；原因分析；抑制措施

0 引言

隨著社會(huì)的信息化發(fā)展，電子設(shè)備的使用量日益增加，其產(chǎn)生的電磁干擾嚴(yán)重影響了人們的正常生活。開(kāi)關(guān)電源是電子設(shè)備不可缺的元器件，其是產(chǎn)生電磁干擾的源頭。為了降低電磁干擾的影響，我們需要從源頭出發(fā)，提出相應(yīng)的改善方案。

1 開(kāi)關(guān)電源原理與特性

開(kāi)關(guān)電源（Switching Power Supply），又稱交換式電源、開(kāi)關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，其功能是將一個(gè)位準(zhǔn)的電壓透過(guò)不同形式的架構(gòu)轉(zhuǎn)換為用戶端所要求的電壓或電流，一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電源具有以下幾點(diǎn)特性：（1）安裝位置固定；（2）通過(guò)開(kāi)關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換；（3）人工布置印刷線路板的走線；（4）開(kāi)關(guān)時(shí)的頻率差大。

2 開(kāi)關(guān)電源電磁干擾因素分析

2.1 二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾

在實(shí)際工作中，二極管不能截止反向電壓，且PN結(jié)內(nèi)積聚的大量的載流子不能立即消失，因而會(huì)產(chǎn)生反向電流。因此，在載流子消失之前的一段時(shí)間內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)大量反向流動(dòng)的電流，從而使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少，進(jìn)而產(chǎn)生較大的電流變化di/dt。

2.2 開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾

由于開(kāi)關(guān)管的負(fù)載是一個(gè)感性的高頻變壓器線圈，在通斷期間，變壓器的兩端會(huì)產(chǎn)生刺耳的噪聲，造成嚴(yán)重的噪聲污染。功率開(kāi)關(guān)管在接通時(shí)會(huì)流過(guò)脈沖電流，其電流的波形在通過(guò)阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波，內(nèi)含較多的諧波，進(jìn)而產(chǎn)生電磁干擾。

2.3 交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

在反向恢復(fù)期間，將會(huì)在無(wú)工頻變壓器開(kāi)關(guān)電源的輸入端產(chǎn)生高頻急劇衰減振蕩，進(jìn)而引起電磁干擾，即傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是將尖峰干擾和諧波干擾的能量通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出線路向外傳播而形成的干擾現(xiàn)象；輻射干擾是將諧波和寄生振蕩的能量通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出線路傳輸時(shí)產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象。

2.4 其他原因

開(kāi)關(guān)電源中的元器件安裝位置不合理，原理設(shè)計(jì)構(gòu)想的不足；內(nèi)部線路的走線是人工布置，誤差較大，并且線路板的近場(chǎng)干擾較大。上述因素都會(huì)產(chǎn)生一定量的電磁干擾，因此想要完全避免電磁干擾是不現(xiàn)實(shí)的，但是有辦法對(duì)干擾進(jìn)行科學(xué)的抑制，降低對(duì)周圍電子設(shè)備的影響。

3 開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的抑制措施

3.1 降低開(kāi)關(guān)電源本身的干擾

抑制電磁干擾的根本之法是降低其自身的干擾，可以通過(guò)以下3種方法來(lái)解決：（1）軟開(kāi)關(guān)技術(shù)。經(jīng)過(guò)學(xué)者們的研究表明，功率開(kāi)關(guān)管接通關(guān)閉期間的電壓變化是電磁干擾的主要源頭，故可以通過(guò)減少開(kāi)關(guān)管的接通關(guān)閉次數(shù)來(lái)降低電磁干擾［1］。通過(guò)科研人員的不懈努力，發(fā)現(xiàn)含有電壓鉗位的零電壓定頻開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器抗干擾能力增強(qiáng)，所以采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)與科學(xué)安放的元器件和電路板的走線，開(kāi)關(guān)電源抵御干擾的能力必然會(huì)提升。（2）調(diào)制頻率控制。在開(kāi)關(guān)頻率點(diǎn)上積聚著離散的干擾能量，不符合抑制電磁干擾的標(biāo)準(zhǔn)。如果將這些分散的能量調(diào)制分布在寬頻帶上，將會(huì)符合抗干擾的標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)制頻率控制是基于該原理來(lái)抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾的方法之一［1］。（3）開(kāi)關(guān)管和輸出二極管的緩沖電路；如圖1所示，增加合理的緩沖電路可以降低開(kāi)關(guān)管和輸出二極管產(chǎn)生的干擾。圖中設(shè)有三條緩沖電路：① C1、R1、VD1組成的緩沖電路：功能是吸收變壓器漏感殘存的干擾能量，降低VT的浪涌電壓； ② C2、R2、VD2組成的緩沖電路：功能是降低VT的電壓變化du/dt； ③ C3、R3組成輸出二極管的緩沖電路，其功能是可以降低VT的電流變化di/dt。

緩沖電路添加加電路中，波形圖得到了顯著的優(yōu)化。開(kāi)關(guān)電壓上升曲線的斜率減小，噪聲降低，能夠很好地抑制了電磁干擾；同時(shí)，開(kāi)關(guān)管的功耗減小，避免了過(guò)度發(fā)熱而導(dǎo)致元器件損壞。

3.2 采用濾波器抑制電磁干擾

采用濾波技術(shù)抑制電磁干擾是一種有用的方式，尤其是傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，會(huì)產(chǎn)生很好的抑制效果。如果電磁干擾濾波器使用得當(dāng)，交流電源輸入端低頻差模和高頻共模引起的干擾將抑制在合理的范圍內(nèi)。因此，在選用濾波器是一定要注意型號(hào)，只有選擇合理，才能達(dá)到預(yù)期效果。

3.3 屏蔽技術(shù)和接地技術(shù)

屏蔽技術(shù)是使用優(yōu)良的導(dǎo)電材料對(duì)電磁場(chǎng)屏蔽有效措施之一，其采用鋁制屏蔽罩屏蔽輻射干擾有良好的效果，且該方法對(duì)電路不會(huì)造成任何影響。在電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中為了保證安全，通常采用多點(diǎn)接地的方式來(lái)保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行。另外，接地的另一目的是可以減少返回電流引起的輻射干擾。屏蔽技術(shù)和接地技術(shù)都有理想的抑制效果。

3.4 擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)

由于諧波能量隨頻率的增加而急劇降低，所以通過(guò)增加頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)降低電磁干擾是可行的。在開(kāi)關(guān)電源中輸入擴(kuò)頻時(shí)鐘信號(hào)，然后對(duì)輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)與傳統(tǒng)方法相比，具有更高的穩(wěn)定性，且操作方便快捷。

4 結(jié)語(yǔ)

在開(kāi)關(guān)電源不斷高頻化的發(fā)展進(jìn)程中，各種電磁干擾日益嚴(yán)重，現(xiàn)已引起人們的關(guān)注。本文從分析引起電磁干擾的原因出發(fā)，列舉了幾種抑制干擾的方法，其相互獨(dú)立，均可單獨(dú)使用。隨著對(duì)EMI研究的深入，學(xué)者們還提出了其他技術(shù)方法，如印制電路板抗干擾技術(shù)、高頻變壓器的設(shè)計(jì)和制作、光電隔離器等。在實(shí)際使用中，我們可結(jié)合周圍環(huán)境的實(shí)際情況，靈活運(yùn)用多種抑制技術(shù)，才能達(dá)到預(yù)期效果。

［1］周志敏，周紀(jì)海.開(kāi)關(guān)電源實(shí)用技術(shù)——設(shè)計(jì)與應(yīng)用［M］.人民郵電出版社，2003.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.225