開關(guān)電源電磁干擾及其抑制技術(shù)的分析

錢忠源

【摘 要】論文的研究內(nèi)容是明確開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的危害以及電磁干擾的作用原理，通過分析研究相應(yīng)的抑制技術(shù)，提高開關(guān)電源對電磁干擾的阻抗水平。通過論文的研究得知，阻抗電磁干擾可采用的抑制技術(shù)可以從濾波抑制、軟開關(guān)抑制、屏蔽抗干擾、共模電磁干擾的有源抑制四個方面著手，希望論文的研究能夠?yàn)槲覈嚓P(guān)電氣工作者提供參考性意見。

【Abstract】The research content of this paper is to make clear the harm of electromagnetic interference caused by switching power supply and the action principle of electromagnetic interference， and to improve the impedance of switching power supply to electromagnetic interference by analyzing and studying the corresponding suppression technology. According to the study of this paper， we know that the suppression technology can be used in the impedance electromagnetic interference from the filter suppression， soft switching suppression， shielding anti-interference， the active suppression of common-mode electromagnetic interference. It is hoped that this study can provide reference for the relevant electrical workers in China.

【關(guān)鍵詞】開關(guān)電源;電磁干擾;抑制技術(shù)

【Keywords】 switching power supply; electromagnetic interference; suppression technology

【中圖分類號】TN86? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2018）10-0135-02

1 引言

目前我國的開關(guān)電源正呈現(xiàn)小型化、高頻化的發(fā)展趨勢，其在電磁兼容性上具有優(yōu)異表現(xiàn)。由于開關(guān)電源在正常運(yùn)行工作的情況下，會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的電磁干擾，其對電網(wǎng)會造成一定程度的污染，并且對電氣設(shè)備的安全使用產(chǎn)生極大的危害。因此，進(jìn)行開關(guān)電源對電磁干擾的阻抗研究時，應(yīng)采用科學(xué)、合理的抑制技術(shù)，以此有效防范電磁干擾，保證電氣設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，保障電網(wǎng)系統(tǒng)性能的穩(wěn)定、高效。鑒于此，本文的研究不僅對提高我國開關(guān)電源阻抗電磁干擾水平具有理論意義，同時還對提高我國電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行水平具有現(xiàn)實(shí)意義。

2? 開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的危害

電磁兼容性不足是開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的主要原因，電磁兼容性不足使得電子設(shè)備電磁的輻射傳導(dǎo)電路受損，進(jìn)而產(chǎn)生電磁干擾。在現(xiàn)今開關(guān)電源小型化、高頻化的發(fā)展趨勢之下，開關(guān)電源自身的噪聲源也會產(chǎn)生大量的傳導(dǎo)性電磁干擾，這些電磁干擾將對電子系統(tǒng)及設(shè)備造成不良影響[1]。大量傳導(dǎo)性電磁干擾的出現(xiàn)將造成空間人為電磁干擾能量的大數(shù)額增長，并且日益惡化的電磁環(huán)境對社會日常的生產(chǎn)活動造成較大的損失。

3 開關(guān)電源工作機(jī)理和電磁干擾原理

3.1 開關(guān)電源的工作機(jī)理

開關(guān)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(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析后改變逆變器的控制，之后可以調(diào)節(jié)電流變化的頻率以及脈寬，從而可以保證電路運(yùn)行的穩(wěn)定性;檢測電路的工作運(yùn)行目標(biāo)是保護(hù)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(yùn)行。電源所供給的能量及負(fù)載具有不定時、間斷的特點(diǎn)，為使開關(guān)電源能夠進(jìn)行持續(xù)不間斷的電能供應(yīng)，設(shè)計人員需為開關(guān)電源設(shè)置配套的電能設(shè)備，在開關(guān)連接狀態(tài)時進(jìn)行電能的儲存工作，儲存的電能用于開關(guān)斷開時維護(hù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

3.2 電磁干擾的作用原理

電磁干擾是存在于電路間的無用電磁信號，其對電氣設(shè)備的日常運(yùn)行有著嚴(yán)重的干擾，開關(guān)電源本身具有大量的諧波干擾以及潛在的電磁干擾，并且集中表現(xiàn)在電壓、電流的變化之中。電磁干擾作用原理如下：①電磁干擾普遍存在于開關(guān)電路，而開關(guān)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(guān)管的負(fù)載，連接和斷開的瞬間會在開關(guān)電源中產(chǎn)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(dǎo)性質(zhì)體現(xiàn)。②電磁干擾產(chǎn)生于整流電路，連接狀態(tài)下的整流電路二極管會產(chǎn)生較強(qiáng)電流值的正向電流，在開關(guān)斷開的瞬間，這股正向電流將受到反電壓的影響，轉(zhuǎn)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(qiáng)烈的電流變化而產(chǎn)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(gòu)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(dǎo)到交流電源當(dāng)中，進(jìn)而產(chǎn)生電磁干擾。

4 開關(guān)電源電磁干擾的抑制技術(shù)

4.1 濾波抑制技術(shù)

較為常用的電磁干擾抑制技術(shù)之一就是濾波抑制技術(shù)，其具體應(yīng)用方式為：將濾波器接在開關(guān)電源的輸入接口處，對開關(guān)電源電網(wǎng)中產(chǎn)生的干擾信號產(chǎn)生阻抗作用，這種干擾信號會對電路的傳導(dǎo)產(chǎn)生干擾。干擾的非對稱性體現(xiàn)就是共模干擾，這種干擾產(chǎn)生的主要原因是電網(wǎng)噪聲和干擾信號對地的電位共同構(gòu)成的，因此，共模干擾不僅具有頻率幅度大的特點(diǎn)，并且具有較強(qiáng)的干擾性[2]。差膜則與共膜的情況呈現(xiàn)相反的特征，并且主要是指對稱性的干擾，通過電路的轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)對信號耦合的調(diào)節(jié)，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，另外，電磁場產(chǎn)生后，會造成電路產(chǎn)生不平衡的電壓，這種情況在添加抗干擾濾波器后，干擾信號就會得到有效抑制。因此，差模干擾因?yàn)榉刃　㈩l率低的特點(diǎn)，導(dǎo)致自身干擾性較小。

4.2 軟開關(guān)抑制技術(shù)

軟開關(guān)抑制技術(shù)是一種利用控制和諧振技術(shù)，斷開和連接電路的先進(jìn)抑制技術(shù)。這種技術(shù)能夠針對現(xiàn)今電源開關(guān)小型化、高頻率的發(fā)展特點(diǎn)對開關(guān)的噪聲及機(jī)械損耗進(jìn)行有效控制，進(jìn)而使開關(guān)電源的使用壽命得到顯著提高。軟開關(guān)針對原有開關(guān)的基礎(chǔ)增加了電感應(yīng)以及電容等組件，可以在一定程度上減少電流以及電壓產(chǎn)生的重疊，通過改進(jìn)電路，可以降低噪聲，而軟開關(guān)技術(shù)則包括下列技術(shù)：①準(zhǔn)諧振變換器;②PWM變換器（零開關(guān)）;③諧振變換器;④PWM變換器（零轉(zhuǎn)換）。準(zhǔn)諧振變換器是在PWM開關(guān)上附加諧振元件控制技術(shù)，諧振類型變換器是在參考標(biāo)準(zhǔn)類型的PWM變換器基礎(chǔ)之上，將諧振網(wǎng)絡(luò)添加到變換器之中，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)的零電壓電流[3]。零開關(guān)PWM通過將諧振利用到開關(guān)當(dāng)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電流的換相。除此之外，還需要將PWM方式運(yùn)用到實(shí)際電路。通過零轉(zhuǎn)換PWM變換器，構(gòu)建諧振網(wǎng)絡(luò)，以此構(gòu)成一個零轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換條件。在軟開關(guān)技術(shù)中要注意輔助電路的添加及實(shí)現(xiàn)，才能有效抑制開關(guān)電源的電磁干擾。

4.3 屏蔽抗干擾技術(shù)

通過對開關(guān)電源傳播空間中產(chǎn)生磁場和電場采用相應(yīng)的屏蔽抑制措施，能夠有效抑制電磁場造成的電磁干擾，具體屏蔽抑制措施為：在電磁干擾源頭與受干擾物之間建立一片片的間隔片[4]。這種抑制技術(shù)能夠減少電磁波的產(chǎn)生，抑制靜電場及恒定磁場的干擾，有效降低電磁場對開關(guān)電源的干擾影響。

4.4 共模電磁干擾的有源抑制技術(shù)

由于共模干擾主要是存在于電流載體和大地間的電磁干擾，因此共模干擾也被稱作不對稱干擾、接地干擾[5]。有源抑制的技術(shù)應(yīng)用思路具體為：在主回路中進(jìn)行噪聲電壓的提取，通過提取與開關(guān)電壓噪聲電壓波形相反的電壓，使得開關(guān)電源在正常工作的情況下，讓頻率段位比較長的共模干擾得到消除，這種有源抑制技術(shù)由于其直接作用于電磁干擾源的特性，使得其是一種實(shí)用效率較高的電磁干擾抑制技術(shù)。

5 結(jié)論

本文的研究結(jié)果是通過采用抑制技術(shù)能夠有效阻抗開關(guān)電源中的電磁干擾，由此本文對以下幾種抑制技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究：濾波抑制技術(shù)、軟開關(guān)抑制技術(shù)、屏蔽抗干擾技術(shù)、共模電磁干擾的有源抑制技術(shù)。開關(guān)電源在信號的傳輸過程中會產(chǎn)生電磁干擾是一種正常的電磁現(xiàn)象，但是其對電氣設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行有著極大的危害，并嚴(yán)重影響了我國電氣事業(yè)的發(fā)展。因此，選擇合適的抑制技術(shù)，是電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保障。

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