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產(chǎn)品知識

開關(guān)電源的電磁干擾

1.導(dǎo)引
    隨著電力電子技術(shù)和功率器件的發(fā)展，開關(guān)電源以其體積小、重量輕等特點(diǎn)，在電氣產(chǎn)品中得到了應(yīng)用。
    由于開關(guān)電源工作在高電壓、大電流的開關(guān)狀態(tài)下，隨著開關(guān)電源向高頻大功率發(fā)展，功率密度的增加導(dǎo)致電源內(nèi)部電磁環(huán)境變得更復(fù)雜，不可避免地產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾(Eectromagnetic Interference，簡稱EMI)，對電源品本身及周圍電子設(shè)備的正常工作造成威脅。
    隨著電磁兼容(EectromagneticCompatibili-ty，EMC)法規(guī)的日益嚴(yán)格，因此，減少和抑制開關(guān)電源的電磁發(fā)射成為安規(guī) 認(rèn)證中的關(guān)鍵，也是開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的重要課題。

2.開關(guān)電源為何存在電磁干擾
    開關(guān)電源將市電直接整流濾波成為直流高壓，然后通過逆變器轉(zhuǎn)換成低壓的高頻交流電壓，再經(jīng)過二次整流和濾波變成所需要的直流低電壓。開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾最根本的原因，就是其在工作過程中產(chǎn)生的高di/dt和高dv/dt，它們產(chǎn)生的浪涌電流和尖峰電壓形成了干擾源。整流電容充電放電，開關(guān)管和輸出整流二極管的電壓、電流在高頻工作時(shí)的快速切換都是這類電磁干擾源，它們通過電源線以共模或差模方式向外傳導(dǎo)，同時(shí)還向周圍空間輻射電磁能量。
    輸入/輸出電源線布線不合理、PCB布線不合理、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理、電源線輸入濾波不合理及CPU或檢測電路的設(shè)計(jì)不合理都會導(dǎo)致系統(tǒng)工作的不穩(wěn)定。此外用于整流及續(xù)流的二極管也會產(chǎn)生高頻干擾，成為干擾源。

3.電磁干擾的分類及產(chǎn)生機(jī)理

3.1電磁干擾的產(chǎn)生方式
    開關(guān)電源先將工頻交流整流為直流，再逆變?yōu)楦哳l，后經(jīng)過整流濾波電路輸出，得到穩(wěn)定的直流電壓，因此自身含有大量的諧波干擾。同時(shí)，由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復(fù)電流造成的尖峰，都形成了潛在的電磁干擾。開關(guān)電源中的干擾源主要集中在電壓、電流變化大的元器件上，突出表現(xiàn)在開關(guān)管、二極管、高頻變壓器等上。
    ●開關(guān)電路是開關(guān)電源的主要干擾源之一。開關(guān)電路是開關(guān)電源的核心，主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的du/dt具有較大幅度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富，形成關(guān)斷電壓尖峰。電源電壓中斷會產(chǎn)生與初級線圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變，這種瞬變是一種傳導(dǎo)型電磁干擾，既影響變壓器初級，還會使傳導(dǎo)干擾返回配電系統(tǒng)，造成電網(wǎng)諧波電磁干擾，從而影響其他設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
    ●整流電路中，在輸出整流二極管截止時(shí)有一個(gè)反向電流，它恢復(fù)到零點(diǎn)的時(shí)間與結(jié)電容等因素有關(guān)。其中，能將反向電流迅速恢復(fù)到零的二極管稱為硬恢復(fù)特性二極管，這種二極管在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下，將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾。
    ●高頻變壓器的初級線圈、開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能會產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾。如果電容濾波容量不足或高頻特性不好，電容上的高頻阻抗會使高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中形成傳導(dǎo)干擾。
    ●開關(guān)電源工作在高頻狀態(tài)下，因而其分布電容不可忽略。高頻電流會通過分布電容流到散熱片上，再流到機(jī)殼地，產(chǎn)生共模干擾；脈沖變壓器的初次級之間存在著分布電容，可在副邊作直流輸出的兩條電源線上產(chǎn)生共模干擾。

3.2電磁干擾的傳輸方式
    電磁干擾傳輸有兩種方式：一種是傳導(dǎo)傳輸方式；另一種則是輻射傳輸方式。傳導(dǎo)干擾產(chǎn)生于開關(guān)電源的開關(guān)管開通與關(guān)斷。多數(shù)小功率開關(guān)電源的幾何尺寸遠(yuǎn)小于30MHz 電磁場對應(yīng)的波長(空氣介質(zhì)中約為1m)，開關(guān)電源系統(tǒng)研究的電磁干擾現(xiàn)象屬于近場的范圍。研究它們的電磁干擾問題時(shí)，主要考慮的是傳導(dǎo)干擾。傳導(dǎo)干擾包括差模干擾和共模干擾。差模干擾是產(chǎn)生于電源正負(fù)之間的對稱性干擾；共模干擾是產(chǎn)生于電源正負(fù)之間的非對稱性干擾。對于傳導(dǎo)干擾來說，濾波是壓縮干擾頻譜的基本手段。開關(guān)電源一般利用儲能電感和電容器C組成的濾波電路，實(shí)現(xiàn)對差模及共模干擾信號的濾波。無源濾波器是電磁兼容性(EMC)技術(shù)的基礎(chǔ)元器件之一。但是濾波電容器隨著干擾信號頻率的上升，引線電感的作用導(dǎo)致電容器濾波效果不斷下降，甚至導(dǎo)致電容參數(shù)改變，從而，電容器也是產(chǎn)生電磁干擾的另一個(gè)原因。
    輻射傳輸是干擾信號通過介質(zhì)以電磁波的形式向外傳播的干擾形式。常見的輻射耦合有三種：1)一個(gè)天線發(fā)射的電磁波被另一個(gè)天線意外地接收，稱為天線對天線的耦合；2)空間電磁場經(jīng)導(dǎo)線感應(yīng)而耦合，稱為場對線的耦合；3)兩根平等導(dǎo)線之間的高頻信號相互感應(yīng)而形成的耦合，稱為線對線的感應(yīng)耦合。

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