步完成電源抗干擾

1、3步完成電源抗干擾開關電源的電磁噪聲從噪聲源來說可以分為兩大類。一類是外部噪聲，例如，通過電網傳輸過來的共模（變?yōu)椴钅２艑τ杏眯盘栐斐筛蓴_）和差模噪聲、外部電磁輻射對開關電源控制電路的干擾等。另一類是開關電源自身產生的電磁噪聲，如開關管和整流管的電流尖峰產生的諧波及電磁輻射干擾。下面是小編總結的電源干擾的原因及解決方案，希望可以為各位看官提高產品性能帶來啟發(fā)。外部干擾（可遇到設備與EMC不達標的產品共插排供電，電子設備無法用？）：下圖所示，開關電源在受到電磁干擾的同時也對電網其他設備以及負載產生電磁干擾（如圖返回噪聲、輸出噪聲和輻射干擾）。進行開關電源EMI/EMC設計時一方面要防止開關電源對

2、電網和附近的電子設備產生干擾，另一方面要加強開關電源本身對電磁騷擾環(huán)境的適應能力。開關電源產生電磁干擾最根本的原因，就是其在工作過程中產生的高di/dt和高dv/dt,它們產生的浪涌電流和尖峰電壓形成了干擾源。工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開關管高頻工作時的電壓切換、輸出整流二極管的反向恢復電流都是這類干擾源。開關電源中的電壓電流波形大多為接近矩形的周期波，比如開關管的驅動波形、MOSFET漏源波形等。對于矩形波，周期的倒數(shù)決定了波形的基波頻率；兩倍脈沖邊緣上升時間或下降時間的倒數(shù)決定了這些邊緣引起的頻率分量的頻率值，典型的值在MHz范圍，而它的諧波頻率就更高了。這些高頻信號都對開關電源基

3、本信號，尤其是控制電路的信號造成干擾。干擾的來源任何周期性的電壓和電流都能通過傅立葉分解的方法，分解為各種頻率的正弦波。那么在開關電源中，這些噪音的來源是什么呢？開關電源中，由于開關器件在周期性的開合，所以，電路中的電流和電壓也是周期性的在變化，那些變化的電流和電壓，就是噪音的真正源頭。那么有人可能會問，我的開關頻率是100KHz的，但是為什么測試出來的噪音，從幾百K到幾百M都有呢？我們把同等有效值，同等頻率的各種波形做快速傅立葉分析：其中藍色為正弦波、綠色為三角波、紅色為方波，可以看到，正弦波只有基波分量，但是三角波和方波含有高次諧波，諧波最大的是方波。也就是說如果電流或者電壓波形，是非正弦

4、波的信號（整流器產生的高次諧波或者存在干擾），都能分解出高次諧波。干擾途徑（1）外部傳導及輻射開關電源主要是傳導干擾，頻率范圍約為10kHz30MHz。（2）功率開關管功率開關管工作在On-Off快速循環(huán)轉換的狀態(tài)，且工作在微秒量級，在上升、下降時間內電流變化大、易產生射頻能量，形成干擾源。（3）高頻變壓器高頻變壓器的EMI來源集中體現(xiàn)在漏感對應的di/dt快速循環(huán)變換和初次級線圈之間分布電容引起的共模干擾。（4）整流二極管整流二極管的EMI來源集中體現(xiàn)在反向恢復特性上，反向恢復電流的斷續(xù)點會在電感（引線電感、雜散電感等）產生高 dv/dt，從而導致強電磁干擾。（5）散熱片散熱片與開關管的集電

5、極間的絕緣片，由于其接觸面積較大，絕緣片較薄，因此，兩者間的分布電容在高頻時不能忽略，高頻電流會通過分布電容流到散熱片上，再流到機殼地，產生共模千擾。（6）PCB（這個講究太多，想了解自查吧）準確的說，PCB是上述干擾源的耦合通道，PCB的優(yōu)劣，直接對應著對上述EMI源抑制的好壞。干擾抑制策略抑制傳導干擾的對策基本上10kHz150kHz、150kHz10MHz、10MHz以上三個頻段來解決。10kHz150kHz范圍內主要是常態(tài)干擾，一般采用通用LC濾波器來解決。150kHz10 MHz范圍內主要是共模干擾，通常采用共模抑制濾波器來解決。10MHz以上頻段的對策是改進濾波器的外形以及采取電磁

6、屏蔽措施。采用交流輸入EMI濾波器通常干擾電流在導線上傳輸時有兩種方式：共模方式和差模方式。共模干擾是載流體與大地之間的干擾：干擾大小和方向一致，存在于電源任何一相對大地、或中線對大地間，主要是由du/dt產生的，di/dt也產生一定的共模干擾。而差模干擾是載流體之間的干擾：干擾大小相等、方向相反，存在于電源相線與中線及相線與相線之間。交流電源輸人線上存在以上兩種干擾，通常為低頻段差模干擾和高頻段共模干擾。在一般情況下差模干擾幅度小、頻率低、造成的干擾??；共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過導線產生輻射，造成的干擾較大。若在交流電源輸人端采用適當?shù)腅MI濾波器，則可有效地抑制電磁干擾。電源線EM

7、I濾波器基本原理如下圖所示，其中C1、C2用來短路差模干擾電流，C3、C4則用來短路共模干擾電流，L為采用導磁率高、頻率特性較佳的鐵氧體磁性材料的共模扼流圈。一點接地在電路系統(tǒng)設計中應遵循“一點接地”的原則,如果形成多點接地,會出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路,當磁力線穿過該回路時將產生磁感應噪聲,實際上很難實現(xiàn)“一點接地”。因此,為降低接地阻抗,消除分布電容的影響而采取平面式或多點接地,利用一個導電平面(底板或多層印制板電路的導電平面層等)作為參考地,需要接地 的各部分就近接到該參考地上。為進一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中,應分別將低頻電路、高頻電 路

8、、功率電路的地線單獨連接后,再連接到公共參考點上。利用吸收回路改善開關波形開關管或二極管在開通和關斷過程中，由于存在變壓器漏感和線路電感，二極管存儲電容和分布電容，容易在開關管集電極、發(fā)射極兩端和二極管上產生尖峰電壓。通常情況下采用RC/RCD吸收回路，RCD浪涌電壓吸收回路如圖所示。當吸收回路上的電壓超過一定幅度時，各器件迅速導通，從而將浪涌能量泄放掉，同時將浪涌電壓限制在一定的幅度。在開關管集電極和輸出二極管的正極引線上串接可飽和磁芯線圈或微晶磁珠，材質一般為鈷（Co），當通過正常電流時磁芯飽和，電感量很小。一旦電流要反向流過時，它將產生很大的反電勢，這樣就能有效地抑制二極管VD的反向浪涌

9、電流。利用開關頻率調制技術頻率控制技術是基于開關干擾的能量主要集中在特定的頻率上，并具有較大的頻譜峰值。如果能將這些能量分散在較寬的頻帶上，則可以達到降低于擾頻譜峰值的目的。通常有兩種處理方法：隨機頻率法和調制頻率法。隨機頻率法是在電路開關間隔中加人一個隨機擾動分量，使開關干擾能量分散在一定范圍的頻帶中。研究表明，開關干擾頻譜由原來離散的尖峰脈沖干擾變成連續(xù)分布干擾，其峰值大大下降。調制頻率法是在鋸齒波中加人調制波（白噪聲），在產生干擾的離散頻段周圍形成邊頻帶，將干擾的離散頻帶調制展開成一個分布頻帶。這樣，干擾能量就分散到這些分布頻段上。在不影響變換器工作特性的情況下，這種控制方法可以很好地抑

10、制開通、關斷時的干擾。采用軟開關技術開關電源的干擾之一是來自功率開關管通/斷時的du/dt，因此，減小功率開關管通/斷的du/dt是抑制開關電源干擾的一項重要措施。而軟開關技術可以減小開關管通/斷的du/dt。如果在開關電路的基礎上增加一個很小的電感、電容等諧振元件就構成輔助網絡。在開關過程前后引人諧振過程，使開關開通前電壓先降為零，這樣就可以消除開通過程中電壓、電流重疊的現(xiàn)象，降低、甚至消除開關損耗和干擾，這種電路稱為軟開關電路。根據上述原理可以采用兩種方法，即在開關關斷前使其電流為零，則開關關斷時就不會產生損耗和干擾，這種關斷方式稱為零電流關斷;或在開關開通前使其電壓為零，則開關開通時也不

11、會產生損耗和干擾，這種開通方式稱為零電壓開通。在很多情況下，不再指出開通或關斷，僅稱零電流開關和零電壓開關，基本電路如圖所示。通常采用軟開關電路控制技術，結合合理的元器件布局及印制電路板布線、接地技術，對開關電源的EMI干擾具有一定的改善作用。采用電磁屏蔽措施一般采用電磁屏蔽措施都能有效地抑制開關電源的電磁輻射干擾。開關電源的屏蔽措施主要是針對開關管和高頻變壓器而言。開關管工作時產生大量的熱量，需要給它裝散熱片，從而使開關管的集電極與散熱片間產生較大的分布電容，開關電源的底板是交流電源的地線,因而通過器件與底板之 間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產生共模干擾,解決這個問題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割斷了射頻干擾向輸入電網傳播的途徑。針對高頻變壓器，首先應根據導磁體屏蔽性質來選擇導磁體結構，如用罐型鐵芯和El型鐵芯，則導磁體的屏蔽效果很好。變壓器外加屏蔽時，屏蔽盒不應緊貼在變壓器外面，應留有一定的氣隙。如采用有氣隙的多層屏蔽物時，所得的屏蔽效果會更好。另外，在高頻變壓器中，常常需要消除初、次級線圈間的分布電容，可沿著線圈的全長，在線圈間墊上銅箔制成的開路帶環(huán)，以減小它們之間的耦合，這個開路帶環(huán)既與變壓器的鐵芯連接，又與電源