通信開關(guān)電源的EMC分析

1、通信開關(guān)電源的emc分析 0 引言 現(xiàn)代通信，、電氣設(shè)備的正常工作都離不開電源。通信電源在通信設(shè)備中具有不行比擬的重要地位。隨著通信事業(yè)的飛快進(jìn)展，手機(jī)、電話、電腦等通信工具走人人們的生活，已經(jīng)變得越來(lái)越普遍。通信設(shè)備的不斷更新，對(duì)于通信的要求也越來(lái)越高。通信開關(guān)電源具有體積小、分量輕、效率高、工作牢靠等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于光數(shù)據(jù)傳輸、程控交換、無(wú)線基站、有線電視系統(tǒng)及ip網(wǎng)絡(luò)中，是電子電氣設(shè)備正常工作的“心臟”。1 通信開關(guān)電源的干擾通信開關(guān)電源要穩(wěn)定工作就要有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力，對(duì)于電場(chǎng)，磁場(chǎng)及電磁波等要有足夠的抗干擾能力，保證自身能夠正常工作以及通信設(shè)備供電的穩(wěn)定且不間斷，同時(shí)也要不受通信

2、系統(tǒng)本身因通信時(shí)電磁波帶來(lái)的干擾。普通來(lái)講，開關(guān)電源受到的干擾源有迅速變幻造成的干擾，傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。開關(guān)電源的干擾來(lái)源有：開關(guān)電源的大功率開關(guān)管工作在高壓大電流的切換狀態(tài)，由導(dǎo)通切換為關(guān)斷狀態(tài)時(shí)形成浪涌電壓，或由關(guān)斷切換為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)形成的浪涌電流，它們的高次諧波成分會(huì)通過(guò)空間向外放射或通過(guò)電源線的傳導(dǎo)構(gòu)成干擾源。由關(guān)斷切換為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，開關(guān)副方的整流受反方向復(fù)原特性的限制，產(chǎn)生尖峰狀的反向電流，它與二極管結(jié)以及引線等形成阻尼正弦振蕩，也含有大量的諧波成分，構(gòu)成干擾。通信開關(guān)電源電磁干擾特點(diǎn)：(1)整流或續(xù)流二極管及主功率變壓器在高壓、大電流及高頻開關(guān)的方式下工作，其電流電壓迅速變幻會(huì)造成

3、干擾，從而造成開關(guān)電源內(nèi)部工作的不穩(wěn)定，使電源的性能降低。(2)收發(fā)天線的極化，方向特性輻射。通信開關(guān)電源受到：9 khz30 mhz的磁場(chǎng)干擾;301 000 mhz的射頻電場(chǎng)干擾。(3)部分電磁場(chǎng)通過(guò)開關(guān)電源機(jī)殼的縫隙，向周圍空間輻射，與通過(guò)電源線、直流輸出線產(chǎn)生的輻射電磁場(chǎng)，一起通過(guò)空間傳揚(yáng)的方式，對(duì)其他高頻設(shè)備及對(duì)電磁場(chǎng)比較敏感的設(shè)備造成干擾，引起其他設(shè)備工作異樣。因此，對(duì)通信開關(guān)電源，要限制由負(fù)載線、電源線產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾圾空間傳揚(yáng)時(shí)產(chǎn)生的輻射電磁場(chǎng)干擾量，使它們能與處于同一環(huán)境中的其他電信設(shè)備均能夠正常工作，互不產(chǎn)生干擾。2 國(guó)內(nèi)外電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)電磁兼容性是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中

4、能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾的能力。國(guó)內(nèi)外已有大量的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)，為系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備互相達(dá)到電磁兼容性制訂了約束條件。其中cispr16、cispr22及cispr24構(gòu)成了信息技術(shù)設(shè)備包通信開關(guān)電源設(shè)備的電磁兼容性測(cè)試內(nèi)容及測(cè)試辦法要求，是目前通信開關(guān)電源電磁兼容性設(shè)計(jì)的最基本要求。3 開關(guān)電源的電磁兼容性問(wèn)題分析通信開關(guān)電源因工作在高電壓大電流的開關(guān)工作狀態(tài)下，其引起電磁兼容性問(wèn)題的緣由是相當(dāng)復(fù)雜的。有通信系統(tǒng)的高頻信號(hào)對(duì)開關(guān)電源的電磁干擾;同時(shí)，開關(guān)電源因?yàn)楸旧淼脑O(shè)計(jì)，布線，元器件的性能等也會(huì)對(duì)通信，或其他電子、電氣設(shè)備產(chǎn)生干擾。其中，按耦合通路來(lái)分，可分為傳導(dǎo)

5、干擾和輻射干擾兩種;根據(jù)干擾信號(hào)對(duì)于電路作用的形態(tài)不同，可將電源系統(tǒng)內(nèi)的干擾分為共模干擾和差模干擾兩種。通常，線路電源線上的任何傳導(dǎo)干擾信號(hào)，都可表示成共模和差模干擾兩種方式。在開關(guān)電源中，主功率開關(guān)管在高電壓、大電流或以高頻開關(guān)方式工作下，開關(guān)電壓及開關(guān)電流的波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為方波，波信號(hào)含有豐盛的高次諧波，該高次諧波的頻譜可達(dá)方波頻率的1 000次以上。因?yàn)殡妷翰羁梢援a(chǎn)生電場(chǎng)、電流的流淌可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，以及豐盛的諧波電壓電流的高頻部分在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從而造成設(shè)備內(nèi)部工作的不穩(wěn)定，使設(shè)備的性能降低。同時(shí)，因?yàn)殡娫醋儔浩鞯穆╇姼屑胺植茧娙?，以及主功率開關(guān)器件的工作狀態(tài)并不是抱負(fù)的，在高

6、頻開或關(guān)時(shí)，常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波振蕩，該諧波振蕩產(chǎn)生的高次諧波，通過(guò)開關(guān)管與散熱器問(wèn)的分布電容傳入內(nèi)部電路或通過(guò)散熱器及變壓器向空間輻射。通信開關(guān)電源采納了有源功率因數(shù)校正，雖然控制復(fù)雜，但效果與負(fù)載無(wú)關(guān)，提高了功率因數(shù)，使性能更佳。同時(shí)，開關(guān)電源采納軟開關(guān)技術(shù)來(lái)降低電路開關(guān)功耗，削減噪聲，提高電路的效率及牢靠性。但是，軟開關(guān)無(wú)損汲取電路多利用l，c舉行能量轉(zhuǎn)移，利用二極管的單向?qū)щ娦阅軐?shí)現(xiàn)能量的單向轉(zhuǎn)換，因而，該諧振電路中的二極管成為電磁干擾的一大干擾源。通信開關(guān)電源中，普通利用儲(chǔ)能電感及組成l，c濾波電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)差模及共模干擾信號(hào)的濾波，以及溝通方波信號(hào)轉(zhuǎn)換為平滑的直流信號(hào)。因?yàn)殡姼芯€

7、圈的分布電容，導(dǎo)致了電感線圈的自諧振頻率降低，從而使大量的高頻干擾信號(hào)穿過(guò)電感線圈，沿溝通電源線或直流輸出線向外傳揚(yáng)。濾波電容器，隨著干擾信號(hào)頻率的升高，因?yàn)橐€電感的作用，導(dǎo)致電容量及濾波效果不斷下降，直至達(dá)到諧振頻率以上時(shí)，徹低失去電容器的作用而變?yōu)楦行?。不正確地用法濾波電容及引線過(guò)長(zhǎng)，也是產(chǎn)生電磁干擾的一個(gè)緣由。4 電磁兼容性解決辦法(1)解決開關(guān)電源內(nèi)部的電磁兼容性減小通信開關(guān)電源本身設(shè)計(jì)時(shí)的內(nèi)部干擾：抑制高頻開關(guān)變壓器的噪聲，汲取緩沖，降低漏感;在電路設(shè)計(jì)時(shí)pcb的合理布線，盡量不走環(huán)線;干擾比較重的放在一起，低頻，低壓干擾小的遠(yuǎn)離;盡可能減小回路包涵的面積;正負(fù)導(dǎo)線盡可能臨近;增加

8、輸入/輸出濾波電路的設(shè)計(jì)，充實(shí)apfc電路的性能，消退或者減小二極管的電流迅速變幻。其中常用的電路是零電壓開關(guān)zvs、零電流開關(guān)zcs和準(zhǔn)諧振zvs/zcs電路。該技術(shù)極大地降低了開關(guān)器件所產(chǎn)生的電磁干擾。利用組合軟開關(guān)技術(shù)結(jié)合的無(wú)損耗汲取技術(shù)與諧振式零電壓技術(shù)、零電流技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，解決在電路中因并聯(lián)或串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生的諧振損耗。對(duì)功率開關(guān)管波形整形;模擬與數(shù)字，高壓與低壓等的隔離。(2)消退電磁干擾，提高開關(guān)電源的工作性能消退通信開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾傳導(dǎo)干擾主要是因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)電網(wǎng)傳揚(yáng)，會(huì)對(duì)其他電子設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)峻干擾，往往引起更嚴(yán)峻的問(wèn)題。常用的抑制辦法有：緩沖器法，削減耦合路徑法，削減寄

9、生元件法等。而傳導(dǎo)干擾的極限值，可參考國(guó)標(biāo)中的電磁兼容規(guī)范gb9254-1988，(386833.9-87，gb6833.4-1987，gb6833-1987。在輻射討論中天線是電磁輻射源，在開關(guān)電源電路中，主電路中的元器件、連線等都可認(rèn)為是天線，同時(shí)手機(jī)電話等的與的數(shù)據(jù)線、地址線工作頻率高，也是產(chǎn)生輻射干擾的主要干擾源?？梢酝ㄟ^(guò)增強(qiáng)提高抗干擾能力的器件提高易受外界干擾的小信號(hào)電路的抗干擾能力;并綜合考慮各種接地措施，提高整體的電磁兼容性。開關(guān)電源在輸入電路中簡(jiǎn)單受到共模/差模干擾，此時(shí)，可以利用emi濾波電路抑制此干擾。emi濾波電路1(a)所示。其中，l1，l2為共模抑制電感，與c1c7組

10、成線路低通：c1，c4，c5用于抑制差模噪聲，這里選用0.33f的聚丙烯薄膜電容器;c2，c3和c6，c7用于抑制共模噪聲，由于它們安裝在機(jī)殼和端子間，會(huì)有漏電電流流向機(jī)殼，為防止觸電，這里選用漏電流小，不易擊穿和損壞的云母電容器，容量為3.300 pf和0.1f;c1c7耐壓值均選為溝通250 v。開關(guān)電源對(duì)內(nèi)、外的干擾及抗干擾中，共模信號(hào)與開關(guān)器件的工作方式、散熱器的安裝及整機(jī)pcb板與機(jī)殼的銜接有相當(dāng)復(fù)雜的關(guān)系，共模信號(hào)在一定的條件下又可改變成差模信號(hào)。其中解決共模干擾除了上述普通的emi濾波電路，還可按如下的思想在電路上改進(jìn)，使開關(guān)電源能夠在電路上改進(jìn)從而提高性能。圖1(b)為共模/差模干擾濾波器典型電路，圖1(c)為在圖1(b)基礎(chǔ)上變異的共模/差模干擾濾波電路。(3)隔離電源與其他設(shè)備間的互相干擾，增加通信開關(guān)電源的抗干擾能力。在通信端口及控制端口的小信號(hào)電路中，選用具有抗靜電干擾的器件。而單位脈沖干擾的頻譜最寬，簡(jiǎn)單以共模的方式傳入控制電路內(nèi)，可采納汲取式濾波器消退，減小共模電感的分布電容、加強(qiáng)輸入電路的共模信號(hào)濾波來(lái)提高系統(tǒng)的抗擾性能。隔離，屏蔽其他干擾信號(hào)的干擾，以及自身對(duì)于其他設(shè)備的干擾。切斷干擾信號(hào)的傳揚(yáng)途徑：電磁屏蔽，用金屬外殼加強(qiáng)屏蔽效果，并舉行良好的接地處理(注重大地與系統(tǒng)地不行接在一起)