開關電源電磁干擾分析及抑制

王勛寶 倪明 陳建平 陳敬賢 李澤

摘 要：微電子技術發(fā)展迅速，在各行各業(yè)中開關電源技術已經被普遍使用。隨著開關電源技術的廣泛應用，更多的電氣設備得以快速的應用到生產生活中來，一些技術性能相對較高的電器設備在使用時，需要相當穩(wěn)定的電力供應，所以我們要努力解決開關電源的電磁干擾問題，使開關電源自身性能得到穩(wěn)定的提升，保證供電電路的穩(wěn)定性，使電氣設備能夠正常的運轉。

關鍵詞：開關電源;電磁干擾;抑制

1開關電源工作機理和電磁干擾原理

1.1開關電源的工作機理

開關電源的組成包括如下部分：主電路;監(jiān)測電路;控制電路;輔助電路。主電路包括整流器、濾波器以及逆變器等三個部分;控制電路可以采集數(shù)據(jù)電流，進行數(shù)據(jù)對比分析后改變逆變器的控制，之后可以調節(jié)電流變化的頻率以及脈寬，從而可以保證電路運行的穩(wěn)定性;檢測電路的工作運行目標是保護系統(tǒng)參數(shù)，并且通過儀表盤的形式體現(xiàn)出來;輔助電源則可以保證電源路徑的順利運行。電源所供給的能量及負載具有不定時、間斷的特點，為使開關電源能夠進行持續(xù)不間斷的電能供應，設計人員需為開關電源設置配套的電能設備，在開關連接狀態(tài)時進行電能的儲存工作，儲存的電能用于開關斷開時維護系統(tǒng)正常運行。

1.2電磁干擾的作用原理

電磁干擾作用原理如下：①電磁干擾普遍存在于開關電路，而開關電源的核心組成部分為管道以及高頻變壓器電路。該核心具有較大的脈沖電磁電壓以及相對變化較多的諧波。高頻變壓器初級線圈是開關管的負載，連接和斷開的瞬間會在開關電源中產生較大的電壓脈沖，電流瞬間受到磁化沖擊，這是電磁干擾的傳導性質體現(xiàn)。②電磁干擾產生于整流電路，連接狀態(tài)下的整流電路二極管會產生較強電流值的正向電流，在開關斷開的瞬間，這股正向電流將受到反電壓的影響，轉變?yōu)榉聪螂娏鳎⑶以摲聪螂娏髦写嬖谙鄬^多的高頻率諧波分量，電磁干擾由于這種強烈的電流變化而產生。③高頻電壓器中同樣存在電磁干擾，其電流環(huán)路是由管道、初級線圈以及濾波電容共同構成，該環(huán)路存在空間輻射。電容中的高頻阻抗會在電流濾波電容不足或性能較低的情況下，將頻率不相符的電流傳導到交流電源當中，進而產生電磁干擾。

2開關電源的電磁干擾抑制措施

2.1屏蔽技術

屏蔽是我們日常生活中都能接觸到的物理原理，包括中央一套《加油！向未來》的節(jié)目中驗證了特斯拉線圈的實驗。電磁屏蔽的原理是通過加裝屏蔽體來削弱甚至完全阻擋電磁能量。在開關電源的電磁屏蔽中，分為兩個部分：

（1）對產生電磁干擾的元器件進行屏蔽;

（2）對容易受到電磁干擾的元器件進行屏蔽。

開關電源中，產生電磁干擾的元器件一般是變壓器、電感器以及各種功率器件，對于這些元器件的電磁屏蔽，可以使用銅板或者鐵板圍繞起來，從而削弱其產的電磁干擾。對于容易受到電磁干擾的元器件也可以采用相同的辦法進行屏蔽。另外，還可以通過整體屏蔽的方法，使用強導電性的材料把開關電源整體圍繞起來，從而防止其中產生的電磁干擾向外擴散。在應用整體屏蔽時，需要注意以下兩點問題：

（1）屏蔽材料的接縫、電線以及輸出端子的接口都很容易發(fā)生電磁泄漏，在應用整體屏蔽時需要著重處理;

（2）整體屏蔽需要將開關電源整體圍繞在屏蔽體中，這就會導致散熱出現(xiàn)阻礙，相應的，設備成本也會增加。

2.2濾波技術

通過《整流和濾波》部分的學習，我們可以知道濾波技術可以應用到開關電源傳導干擾的抑制中。通過學習其他資料了解到開關電源的傳導干擾包括共模干擾和差模干擾兩種，共模干擾出現(xiàn)在相線和地線以及中線和地線之間，共模干擾的電流會在相線和中線內部同時出現(xiàn)，大小和方向都相同。差模干擾出現(xiàn)在相線和中線之間，差模干擾的電流同樣會在相線和中線內容同時出現(xiàn)，大小相同，但是方向相反。濾波技術無論是對差模干擾還是共模干擾都有很好的抑制作用，由于共模干擾和差模干擾一般會同時出現(xiàn)在開關電源傳導干擾中，所以在加裝濾波器時一般會將共模濾波和差模濾波同時考慮在內。實踐發(fā)現(xiàn)，對于內阻較高的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設計低值，對于內阻低的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設計高值;負載電阻高時，濾波器輸出阻抗需要設計低值，負載電阻低時，濾波器輸出阻抗需要設計高值。

2.3接地技術

接地技術是廣泛應用的一項物理技術，同時也是漏電保護中很常用且效果很好的一種技術。開關電源中的接地屬于屏蔽接地。在設計屏蔽接地時，需要注意以下幾個方面。

（1）開關電源的接地包括交流接地和直流接地，必須將兩者嚴格分離，一般采用浮地技術將開關電源的直流地和交流地分隔開，從而來屏蔽交流電源地線所產生的干擾。

（2）功率地和弱電地要分開。功率地應用于是負載電路或者功率驅動電路，電流和電壓都很大，因此很容易產生干擾，必須和其他弱電地分隔開。

（3）地線直徑盡量大。直徑小的地線會導致接地電位隨電流變化而變化，從而進而影響抗噪聲性能。

2.4電路措施

（1）開關電源中電磁干擾的產生主要是憂郁電壓和電流的短時間大幅度變化，因此，在抑制電磁干擾時，可以通過設計吸收電路，分散能量，降低電路中的電壓和電流變化幅度。

（2）在原有的硬開關電路中設置電感和電容，通過其諧振特性，能夠有效減少電壓和電流的重疊，從而降低電磁干擾。

（3）在開關電源設計中，盡量選擇不容易產生、傳導以及輻射電磁干擾的元器件。開關電源的電磁干擾一直是影響電路性能的一大問題。通過資料的學習和分析，在開關電源的電磁干擾抑制中可以結合實際情況綜合使用多種電磁干擾抑制措施，這樣才能發(fā)揮最大的作用，有效保證電子設備的正常工作。

3結束語

開關電源的應用越來越廣泛，在其設計運行過程中會產生相對嚴重的電磁干擾，電磁干擾會破壞整個電路運行的穩(wěn)定性，因此相關技術人員要深入研究電磁干擾抑制技術，并結合實際情況對其產生的原有進行具體分析，通過合理的增加相關的技術設備，來減少電磁干擾對電路的影響，本文從多個方面闡述了開關電源工作中產生電磁波的原因及應對方法，我們要對影響開關電源穩(wěn)定性的因素進行綜合分析，充分的結合多種技術來制定電路的設計方案，有效的控制和消除電磁干擾給電路帶來的不利影響。

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