孫 娟

（上海杰瑞兆新信息科技有限公司，江蘇 連云港 222000）

0 引 言

開關(guān)電源多包含直流和交流兩種類型，為了進(jìn)一步改善開關(guān)電源的使用效果，結(jié)合開關(guān)電源的電磁反應(yīng)及輸入輸出信號干擾制定科學(xué)的抗干擾技術(shù)指導(dǎo)方案，用于輔助有關(guān)人員充分采取抗干擾措施，確保開關(guān)電源在綜合領(lǐng)域中展現(xiàn)實踐價值，為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供可靠保障。

1 開關(guān)電源抗干擾技術(shù)的應(yīng)用意義

1.1 延長開關(guān)電源使用年限

開關(guān)電源本身具備高效、高頻、高功率等特征，在其實際使用期間極易遭受外界干擾，繼而加劇故障風(fēng)險。若能在技術(shù)層面上充分應(yīng)用抗干擾技術(shù)，則能夠適當(dāng)延長開關(guān)電源的使用年限，也能有效控制故障率，促使在實際使用場景中保持持久穩(wěn)定性。因此，加強抗干擾設(shè)計是研發(fā)與利用開關(guān)電源期間的關(guān)鍵內(nèi)容[1]。

1.2 有效抑制開關(guān)電源危害

開關(guān)電源作為與電力設(shè)備直接連接的部件，一旦受到電磁干擾、靜電放電干擾等干擾源的侵害，極易產(chǎn)生設(shè)備停運或開關(guān)電源異?，F(xiàn)象，嚴(yán)重時還可能會引發(fā)火災(zāi)、設(shè)備損壞等不良后果。如果及時借助抗干擾技術(shù)增強開關(guān)電源抗干擾能力，即可抑制開關(guān)電源危害的發(fā)生，促進(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行[2]。

2 開關(guān)電源常見干擾源

開關(guān)電源的實際使用過程中，最常遇到的干擾源多包含以下3種。

（1）電磁干擾。此種干擾源是開關(guān)電源中最常見的干擾因素，目前在開關(guān)電源的抗干擾設(shè)計上提出的多項舉措均是出于應(yīng)對電磁干擾風(fēng)險的目的。之所以會出現(xiàn)電磁干擾，其根本原因多與開關(guān)動作、電感元件、變壓器元件、熱輻射有關(guān)。

（2）靜電放電。開關(guān)電源的靜電多來源于人體帶電、外殼帶電，或是在研發(fā)制造中元器件形成摩擦靜電，靜電的出現(xiàn)將增加元件損壞風(fēng)險。此外，在電磁波傳播過程中，也會因電磁場、靜電場相互影響引發(fā)局部放電情況，從而干擾開關(guān)電源運行狀態(tài)[3]。

（3）用電設(shè)備。開關(guān)電源作為多領(lǐng)域中必不可少的元件，若在使用期間未能加強閉合有效管理，或是與用電設(shè)備連接時出現(xiàn)間斷連接情況，也會削弱開關(guān)電源使用效果。根據(jù)上述多項干擾源，需要提出對應(yīng)的抗干擾技術(shù)應(yīng)用對策，有效抵御干擾源侵害[4,5]。

3 開關(guān)電源的抗干擾技術(shù)要點

3.1 電磁兼容技術(shù)

在強化開關(guān)電源抗干擾效果時，可以采用電磁兼容技術(shù)消除電磁干擾，此項技術(shù)的合理運用能從根本上提升開關(guān)電源的抗干擾能力。所謂的電磁兼容技術(shù)是以容納電磁感應(yīng)的方式降低電磁敏感度,該技術(shù)的關(guān)鍵內(nèi)容主要包含以下3點。

（1）優(yōu)選電源主電路。在確定電源主電路時，需要選用軟開關(guān)拓?fù)潆娫?。此類開關(guān)電源具有更強的抗電磁干擾能力，其電路如圖1所示。同時還要確定好功率因數(shù)參數(shù)，一般情況下，開關(guān)電源容易形成諧波現(xiàn)象，進(jìn)而降低運行穩(wěn)定性。在電路連接時可以采取并聯(lián)電路連接方式，而且也要選用功率因數(shù)為0.9的開關(guān)電源，此種類型的開關(guān)電源往往可以表現(xiàn)出抗干擾優(yōu)勢[6,7]。

圖1 電磁抗干擾技術(shù)原理

（2）推行開關(guān)電源軟啟動模式。在實施電磁兼容技術(shù)時，需要以軟啟動的方法緩解沖擊電流，使之在閉合狀態(tài)實現(xiàn)脈沖寬度參數(shù)的有效把控。開關(guān)電源元器件配置上，需要以帶有抗干擾性的元器件為主，如降噪開關(guān)管、低壓降二極管。此外，抗干擾設(shè)計中應(yīng)當(dāng)注重抗諧波干擾，二極管對開關(guān)電源的實際影響為：

式中：R為二極管限流電阻；UF為正向壓降；IF為電流值；E為開關(guān)電源電壓。由式（1）可知電壓與二極管元器件的電流、限流電阻等參數(shù)存在密切關(guān)聯(lián)，若能加強元器件抗干擾性，即可消除開關(guān)電源干擾風(fēng)險[8]。

（3）優(yōu)選濾波器。在電磁兼容技術(shù)應(yīng)用中也要為其選取適合的濾波器，在濾波器效能輔助下，有利于維護電網(wǎng)系統(tǒng)安全，確保開關(guān)電源免受干擾。如選用饋通濾波器，因為其配有抗干擾元件，所以具備抗干擾功能[9]。

3.2 開合傳導(dǎo)抗干擾技術(shù)

在電磁抗干擾技術(shù)應(yīng)用中，開合傳導(dǎo)抗干擾技術(shù)的可行性較強。結(jié)合學(xué)者田斌等人的研究成果，在開關(guān)電源開合傳導(dǎo)期間，以仿真設(shè)計理念圍繞開關(guān)電源開合動作予以調(diào)節(jié)，是抑制誤動作的關(guān)鍵途徑。

首先，判斷電容濾波器在電容參數(shù)差異的情況下是否會引起濾波頻率參數(shù)的改變。圍繞相關(guān)研究成果，電容濾波器的應(yīng)用可以適當(dāng)降低高頻感應(yīng)，且上限頻率同濾波結(jié)果具備反相關(guān)關(guān)系。隨著上限頻率的降低，濾波效能隨之增強，開關(guān)電源開合傳導(dǎo)動作，若上限頻率偏低，則濾波效果更強，由此展現(xiàn)抗干擾價值。其次，二極管等元器件也會影響開關(guān)電源運行質(zhì)量，形成增加瞬態(tài)電壓，以便按照既定電壓標(biāo)準(zhǔn)完成指定開合動作[10]。經(jīng)過二極管電壓控制水平的提高，可以避免開關(guān)電源在開合過程中產(chǎn)生強烈的瞬時電壓，致使開關(guān)電源遭受損害。最后，還要優(yōu)化周邊連接設(shè)施的性能，縮短開合傳導(dǎo)周期，而且在為其配備避雷器等輔助設(shè)施時也要盡量選取氧化鋅等性能優(yōu)良的材質(zhì)，這樣才能體現(xiàn)出電路保護效用。

依據(jù)上述研究結(jié)果，加強對開合傳導(dǎo)工作的抗干擾設(shè)計，采取技術(shù)手段改善抗干擾效果，即可保障開關(guān)電源的正常運行，消除電磁感應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)面影響，減小電壓峰值與電壓頻率等參數(shù)值。

3.3 開關(guān)電源接地技術(shù)

抗干擾技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)電源中，在消除電磁干擾時也可以利用接地技術(shù)，確保開關(guān)電源具備良好的抗干擾能力，其技術(shù)要點如下文所述。

（1）接地技術(shù)應(yīng)用中需要合理確定接地方式，常見的包括混合接地與多點、單點接地等。單點接地時，優(yōu)選串、并聯(lián)接地法，其電路如圖2所示。此項技術(shù)能夠增強開關(guān)電源抗雷擊效果，致使雷電從大地渠道順利遷移，以免直接攻擊設(shè)備或是開關(guān)電源。從相關(guān)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，接地技術(shù)的運用還能切實維護人身安全，若事先設(shè)有接地連接模式，即使遭受開關(guān)電源纜線老化或絕緣失效問題，也能降低生命事故發(fā)生率。此外，在接地技術(shù)實操中應(yīng)秉承著就地連接原則進(jìn)行應(yīng)用，同時考慮到電路纜線分布中易產(chǎn)生干擾能量，合理搭配接地方式可以為開關(guān)電源的安全使用創(chuàng)造有利條件。

圖2 開關(guān)電源接地技術(shù)線路連接

（2）直流交流電分別接地，在確定開關(guān)電源線路接地設(shè)計方式時，應(yīng)當(dāng)采取隔離設(shè)計方式，避免線路出現(xiàn)干擾源。此外，除了要對線路進(jìn)行隔離設(shè)計外，也要提前區(qū)分開數(shù)字地、模擬地，就此避免開關(guān)電源受到數(shù)字芯片的影響。

（3）區(qū)別功率地線，在高壓強電流條件下更容易對開關(guān)電源帶來強干擾，若將功率地線、弱點地線進(jìn)行隔離設(shè)計，有助于增加開關(guān)電源運行可靠性。

3.4 電源芯片技術(shù)

在開關(guān)電源抗干擾技術(shù)應(yīng)用階段，還可以利用電源芯片技術(shù)優(yōu)化抗干擾效果。根據(jù)相關(guān)研究，若能采取抗瞬態(tài)尖峰智能控制措施，縮短開關(guān)電源閉合與斷開間隔時間，即可減輕外界干擾對開關(guān)電源帶來的負(fù)面影響。因此，如果成功研發(fā)出帶有抗干擾價值的電源芯片，將其納入開關(guān)電源中，也能適當(dāng)拓寬抗干擾渠道。依據(jù)模擬試驗結(jié)果，此種抗干擾電源芯片的使用能夠提高電源轉(zhuǎn)換率，普遍高達(dá)70%，而且抗靜電能力可超過8 kV。在研發(fā)智能芯片時，要從降壓方向著手，避免開關(guān)電源遭受高壓侵襲，從傳統(tǒng)的9 V減少為6 V，此時將此種低壓運行芯片置入開關(guān)電源中，能夠憑借內(nèi)部元件抗干擾價值，促進(jìn)開關(guān)電源抗干擾性的穩(wěn)步提升。

依據(jù)輸出電壓的計算公式能夠發(fā)現(xiàn)，若開關(guān)電源芯片得到抗干擾設(shè)計，則可以最大化影響開關(guān)電源整體抗干擾效果，相關(guān)公式為：

式中：UEA為輸出電壓；Uref、UH、UDC、gm、R0分別為誤差放大器的負(fù)端電壓、正端電壓、DC端電位、跨導(dǎo)以及電阻值。

計算后可以推斷出，抗干擾設(shè)計中可以從電源芯片優(yōu)化方面提出對應(yīng)舉措，既要增加芯片精度，又要縮小電壓差，最終促使在電源芯片技術(shù)輔助下可以獲取可靠的抗干擾成果[11]。

3.5 PCB抗干擾技術(shù)

開關(guān)電源要想表現(xiàn)出抗干擾優(yōu)勢，還可以在內(nèi)部布局上加以改進(jìn)。在開關(guān)電源中，印制電路板（Printed Circuit Board，PCB）占據(jù)關(guān)鍵地位，故此可以通過PCB抗干擾技術(shù)促使開關(guān)電源實現(xiàn)有效的抗干擾目標(biāo)。

一方面，在布局過程中，PCB、二極管等元器件的配置需要杜絕高頻振動。例如在上端可以擺放變壓器、PCB等散熱差的元器件，而且熱敏器件應(yīng)當(dāng)與之保持一定距離。在連接各元器件時使用的線路也應(yīng)當(dāng)遵從“最短原則”“最遠(yuǎn)原則”，抑制元件交叉誤碰風(fēng)險。至于連接線路端口處，需要設(shè)置信號端，降低耦合反應(yīng)。

另一方面，相關(guān)人員在研發(fā)設(shè)計開關(guān)電源時，其間使用的線路需要適當(dāng)增加截面積，沿著信號傳遞方向擺放地線。在空間范圍允許的情況下，以多層印制板為主。目前，為了體現(xiàn)開關(guān)電源的易操作性、簡便性優(yōu)勢，已經(jīng)開始在開關(guān)電源體積上進(jìn)行縮減。既要求使用的平行線不可偏長，又應(yīng)當(dāng)新增地線，就此增強抗干擾能力。

4 結(jié) 論

在使用開關(guān)電源期間，為了消除干擾源，理應(yīng)從電磁兼容、開合傳導(dǎo)抗干擾、接地技術(shù)以及PCB抗干擾技術(shù)、電源芯片技術(shù)等方面著手，以期在技術(shù)導(dǎo)向下增強抗干擾能力，便于在控制電力設(shè)備閉合、斷開狀態(tài)時保持穩(wěn)定性能。同時，在未來也要加大開關(guān)電源優(yōu)化設(shè)計力度，滿足抗干擾需求。