許晶鑫

（南京祿口國(guó)際機(jī)場(chǎng)空港科技有限公司，江蘇 南京 211113）

1 電磁干擾現(xiàn)象描述

某電子設(shè)備機(jī)房，安裝了衛(wèi)星通信設(shè)備、路由器、交換機(jī)、服務(wù)器、大屏顯示器及音頻功放等電子設(shè)備，出現(xiàn)了如下問題。

（1）24 寸顯示屏加電開機(jī)，間斷性出現(xiàn)水波紋。

（2）指揮大廳工作人員用麥克與遠(yuǎn)端人員通話時(shí)，在開啟本端的音頻功放時(shí)，大廳的喇叭出現(xiàn)“吱吱……”的高頻交流噪聲。

檢查后發(fā)現(xiàn)，24 寸顯示器和音頻功放設(shè)備為交流220 V 供電，而相鄰的LED 顯示屏設(shè)備由一款24 V 開關(guān)電源供電，但這款開關(guān)電源交流輸入端與24 寸顯示器和音頻功放共用相同的交流電源板。

2 定位電磁干擾源

為了找出電磁干擾源，做如下測(cè)試。

（1）在開啟LED 屏?xí)r，打開24 寸顯示屏和音頻功放，顯示屏出現(xiàn)水波紋，功放喇叭有高頻交流噪聲。

（2）在關(guān)斷LED 屏?xí)r，打開24 寸顯示屏和音頻功放，顯示屏無(wú)水波紋，功放喇叭沒有高頻交流噪聲。

（3）用示波器測(cè)試了開關(guān)電源220 V 的輸入端，測(cè)試結(jié)果為：空載時(shí)，輸入端為純正弦波；帶載后，輸入端交流220 V 的正弦波上疊加了豐富的諧波。

（4）用24 V 電池組提供LED 供電時(shí)，打開24寸顯示屏和音頻功放，顯示屏無(wú)水波紋，功放喇叭沒有高頻交流噪聲。

測(cè)試結(jié)果表明，這款開關(guān)電源對(duì)LED 負(fù)載提供功率后，向電網(wǎng)反饋輸出了豐富的電流諧波，這些電流諧波干擾了臨近的顯示屏和音頻功放。

3 開關(guān)電源電磁干擾原因分析

查看這款開關(guān)電源，前級(jí)電路由過(guò)流浪涌保護(hù)、EMI模塊（安規(guī)電容、共模電感）、整流及電容濾波組成；后級(jí)由帶變壓器BUCK 變換器、PWM 控制電路及變壓器次級(jí)輸出濾波電路組成，未發(fā)現(xiàn)有源功率校正電路（APFC）[1]，如圖1 所示。

圖1 開關(guān)電源前級(jí)整流濾波電路

由圖1 可知，在全橋整流后，加了濾波大容量的電解電容C1，但沒有APFC 電路，這將產(chǎn)生豐富的諧波電流?；仞伒诫娋W(wǎng)上，將產(chǎn)生嚴(yán)重污染。需詳細(xì)分析這些諧波產(chǎn)生的原因。

（1）整流過(guò)后的不加濾波電容C1，整流二極管的導(dǎo)通角為180°，純電阻R1上的電壓波形和電流波形相位一致，嚴(yán)格相似，電壓波形如圖2 所示。

（2）整流過(guò)后的加濾波電容C1，純電阻R1上的電壓波形將改變，饅頭波加載到大的濾波電容上，電容瞬間充電，0 時(shí)刻，電壓幾乎跟隨饅頭波（稍微有點(diǎn)延時(shí)），當(dāng)?shù)竭_(dá)饅頭波峰值時(shí)刻（5 ms），電容稍微延遲一點(diǎn)時(shí)刻，幾乎同時(shí)到達(dá)311 V。

5 ms 后，電容開始放電，但由于電容容量大，放電速度緩慢，而整流橋的饅頭波電壓下降的速度快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電容電壓下降的坡度，整流二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，如圖3 所示。

因此，電容處于交替充放電狀態(tài)；而整流二極管交替處于截止與導(dǎo)通狀態(tài)，在電容充電狀態(tài)導(dǎo)通，在電容放電狀態(tài)截止；導(dǎo)通角一般為30°～54°。實(shí)際的電容電壓波形和二極管的電流波形如圖4 所示。

圖4 加濾波電容后電容的電壓波形、二極管的電流波形

（3）實(shí)際的電容兩端的電壓是脈動(dòng)的，而整流二極管的電流在較小的導(dǎo)通角內(nèi)，充電電流較大。這是因?yàn)樵趯?dǎo)通狀態(tài)下，電流的能量除了提供后級(jí)電路外，還要提供電容的充電電流，以便在二極管截止?fàn)顟B(tài)下，由電容放電提供下級(jí)電路的變換能量。因此，整流二極管電流不連續(xù)，是非周期的正弦變化量，發(fā)生了嚴(yán)重畸變。負(fù)載越大，導(dǎo)通期的電流越大，畸變?cè)絿?yán)重。

這就是該款開關(guān)電源對(duì)24 V 顯示器和音頻功放產(chǎn)生干擾的原因?？蛰d時(shí)，即LED 屏沒有開啟時(shí)，開關(guān)電源加電，但直流24 V 不對(duì)外供電，整流二極管導(dǎo)通電流較小，只提供功率開關(guān)管、開關(guān)變壓器及PWM控制集成電路[2]等電子器件待機(jī)功耗；當(dāng)LED 屏打開后，電源對(duì)外輸出功率，整流二極管流過(guò)大的畸變電流，傅里葉級(jí)數(shù)展開后，這種大的畸變電流含有豐富的諧波分量，盡管開關(guān)電源前級(jí)也做了安規(guī)的電源濾波措施，但不可能完全濾除；沒有完全濾除的諧波分量反饋到電網(wǎng)上，干擾了臨近的顯示器和音頻功放，使得顯示器出現(xiàn)水波紋，音頻功放輸出高頻交流噪聲。經(jīng)測(cè)試，這款開關(guān)電源滿載時(shí)總諧波失真大約為：

4 結(jié) 論

在集成固定自動(dòng)指揮系統(tǒng)、車載機(jī)動(dòng)指揮系統(tǒng)、通信機(jī)房弱電工程及機(jī)場(chǎng)指揮大廳通信工程中，不可避免會(huì)使用一些開關(guān)電源，系統(tǒng)配電工程師需要注意電磁兼容的一些問題。采購(gòu)的開關(guān)電源一定要符合電磁兼容的要求，較大功率的開關(guān)電源必須要求廠家設(shè)計(jì)APFC 模塊，使得整流二極管的電流波形與整流橋輸出的電壓饅頭波形相近，減少總諧波失真，減少對(duì)電網(wǎng)的污染。對(duì)一些敏感的容易被電磁干擾的設(shè)備，可以犧牲體積和重量的要求，使用線性電源來(lái)代替，消除對(duì)這些設(shè)備的電磁干擾。