開關(guān)電源電磁兼容問題及應(yīng)對(duì)措施

于學(xué)書

（天津市英貝特航天科技有限公司，天津 300141）

隨著現(xiàn)代逆變技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源以其體積小、重量輕、功耗低、效率高、電壓范圍寬等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航天技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等領(lǐng)域。。但由于開關(guān)電源工作頻率高，內(nèi)部產(chǎn)生很快的電流、電壓變化，即dv/dt和di/dt，導(dǎo)致開關(guān)電源模塊將產(chǎn)生較強(qiáng)的諧波干擾和尖峰干擾，并通過傳導(dǎo)、輻射和串?dāng)_等耦合途徑影響自身電路及其它電子系統(tǒng)的正常工作。

一、開關(guān)電源的基本組成結(jié)構(gòu)

開關(guān)電源一般由輸入濾波整流電路、轉(zhuǎn)換電路、輸出電路、控制電路等組成。

（一）輸入電路:在輸入電路中，線路濾波器的主要作用是減少進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的外來噪聲，消除開關(guān)電源對(duì)公共網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的電磁干擾的影響;浪涌抑制電路主要用于浪涌抑制;整流電路的功能是將交流電輸入轉(zhuǎn)換成直流電。

（二）轉(zhuǎn)換電路:轉(zhuǎn)換電路是開關(guān)電源的核心部分，主要由開關(guān)管和變壓器組成。

（三）控制電路；通過直流輸出電壓的輸出采樣并與參考電壓相比,調(diào)整PWM占空比,從而控制開關(guān)直流輸出電壓值并獲得穩(wěn)定的輸出。

（四）輸出電路:該電路將高頻變壓器的二次方波電壓整流為單向脈動(dòng)直流，通過濾波平滑為低紋波直流電壓。

二、開關(guān)電源的產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)理分析

（一）開關(guān)管開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生電磁干擾

開關(guān)管在開通時(shí)，由于開關(guān)時(shí)間很短以及逆變回路中引線電感的存在，將產(chǎn)生很大的dV/dt突變和很高的尖峰電壓，在開關(guān)管的關(guān)斷時(shí)，由于關(guān)斷時(shí)間很短，將產(chǎn)生很大的di/dt突變和很高的電流尖峰，這些電流、電壓突變將產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾。

（二）二極管的反向恢復(fù)引起噪聲干擾

在開關(guān)電源中常使用工頻整流二極管、高頻整流二極管、續(xù)流二極管等，由于這些二極管都工作在開關(guān)狀態(tài)，在二極管由阻斷狀態(tài)到導(dǎo)通工作過程中，將產(chǎn)生一個(gè)很高的電壓尖峰；在二極管由導(dǎo)通狀態(tài)到阻斷工作過程中，存在一個(gè)反向恢復(fù)時(shí)間trr，在反向恢復(fù)過程中，由于二極管封裝電感及引線電感的存在，將產(chǎn)生一個(gè)反向電壓尖峰，由于少子的存儲(chǔ)與復(fù)合效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生瞬變的反向恢復(fù)電流，這種快速的電流、電壓突變是電磁干擾產(chǎn)生的根源。

（三）電感、變壓器等磁性元件引起的電磁干擾

在開關(guān)電源中存在輸入濾波電感、功率變壓器、隔離變壓器、輸出濾波電感等磁性元件，隔離變壓器初次級(jí)之間存在寄生電容，高頻干擾信號(hào)通過寄生電容耦合到次邊；功率變壓器由于繞制工藝等原因，原次邊耦合不理想而存在漏感，漏電感將產(chǎn)生電磁輻射干擾，另外功率變壓器線圈繞組流過高頻脈沖電流，在周圍形成高頻電磁場(chǎng)；電感線圈中流過脈動(dòng)電流會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)輻射，而且在負(fù)載突切。

三、開關(guān)電源電磁兼容應(yīng)對(duì)措施

了解了開關(guān)電源內(nèi)部及外部電磁干擾源后，我們還應(yīng)知道，形成電磁兼容的三要素是干擾源、傳播途徑和敏感設(shè)備。因此開關(guān)電源的電磁兼容設(shè)計(jì)主要從以下三個(gè)方面入手：

（一）減小干擾源的電磁干擾能量

1.在開關(guān)管以及輸出整流二極管兩端加RC吸收電路，吸收浪涌電壓；

2.對(duì)芯片和MOS開關(guān)管安裝去耦電容，其位置盡可能地靠近并聯(lián)在器件的電源和接地管腳；

3.主功率回路環(huán)路面積盡量小，以減小差模輻射的環(huán)路面積;

4.PCB板上的線條寬度不能突變，拐角采用圓弧過渡，盡量不采用直角或尖角；

（二）切斷干擾傳播途徑

1.在開關(guān)電源入口加電源濾波器，抑制開關(guān)電源所產(chǎn)生的高次諧波；

2.輸入輸出電源線上加鐵氧體磁環(huán)，一方面抑制電源線內(nèi)的高頻共模，另一方面減小通過電源線輻射的騷擾能量；

3.有條件的話盡量采取屏蔽措施將騷擾屏蔽；

4.設(shè)備可靠接地，使騷擾就近導(dǎo)入大地；

（三）提高受擾設(shè)備的抗干擾能力

1.輸入交流電源線和輸出直流電源線分開走線，減小輸入輸出間的電磁耦合；

2.信號(hào)線遠(yuǎn)離電源線，靠近地線走線，并且走線不要過長(zhǎng)，以減小回路的環(huán)面積；

結(jié)語(yǔ)

隨著高頻開關(guān)電源等電子產(chǎn)品電磁兼容重要性的凸現(xiàn)，我們應(yīng)該在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期階段，同時(shí)進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)，如果等到生產(chǎn)階段再去解決，不但給技術(shù)和工藝上帶來很大難度，而且會(huì)造成人力、財(cái)力和時(shí)間的極大浪費(fèi)。與EMI相關(guān)的因素多且復(fù)雜，僅做到上述的幾點(diǎn)措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還有接地技術(shù)、PCB布局走線等都很重要。電磁兼容的設(shè)計(jì)任重而道遠(yuǎn)，我們要不斷進(jìn)行研究探索，使我國(guó)的電子產(chǎn)品電磁兼容水平與國(guó)際同步。