電源的干擾分析及其抑制措施

1、電源的干擾分析及其抑制措施 關(guān)電源作為電子設(shè)備的供電裝置，具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字 電路中得到了廣泛的應(yīng)用，然而由于工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，屬于強(qiáng)干擾源，其本 身產(chǎn)生的干擾直接危害著電子設(shè)備的正常工作。因此，抑制開關(guān)電源本身的電 磁噪聲，同時(shí)提高其對(duì)電磁干擾的抗擾性，以保證電子設(shè)備能夠長期安全可靠地 工作，是開發(fā)和設(shè)計(jì)開關(guān)電源的一個(gè)重要課題。電源的干擾分析及其抑制措施開關(guān)電源作為電子設(shè)備的供電裝置，具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)， 在數(shù)字電路中得到了廣泛的應(yīng)用，然而由于工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，屬于強(qiáng)干擾源， 其本身產(chǎn)生的干擾直接危害著電子設(shè)備的正常工作。因此，抑制開關(guān)電源本身 的電磁

2、噪聲，同時(shí)提高其對(duì)電磁干擾的抗擾性，以保證電子設(shè)備能夠長期安全可 靠地工作，是開發(fā)和設(shè)計(jì)開關(guān)電源的一個(gè)重要課題。1開關(guān)電源干擾的產(chǎn)生開關(guān)電源的干擾一般分為兩大類：一是開關(guān)電源內(nèi)部元器件形成的干擾;二 是由于外界因素影響而使開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。兩者都涉及到人為因素和自然因 素。1.1開關(guān)電源內(nèi)部干擾開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI主要是由基本整流器產(chǎn)生的高次諧波電流干擾和功率 變換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾。1.1.1基本整流器基本整流器的整流過程是產(chǎn)生EMI最常見的原因。這是因?yàn)楣ゎl交流正弦波 通過整流后不再是單一頻率的電流，而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波 分量，諧波（特別是高次諧波）會(huì)沿著輸電線路產(chǎn)

3、生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，使前 端電流發(fā)生畸變，一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變，另一方面 通過電源線 產(chǎn)生射頻干擾。1.1.2功率變換電路功率變換電路是開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心，它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這 種脈沖干擾的主要元器件為1）開關(guān)管開關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容，當(dāng)開 關(guān)管流過大的脈沖電流（大體上是矩形波）時(shí)，該波形含有許多高頻成份；同時(shí)， 關(guān)電源使用的器件參數(shù)如開關(guān)功率管的存儲(chǔ)時(shí)間，輸出級(jí)的大電流，開關(guān)整流 二極管的反向恢復(fù)時(shí)間，會(huì)造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流，另外，開關(guān) 管的負(fù)載是高頻變壓器或儲(chǔ)能電感，在開關(guān)管導(dǎo)通的瞬間，變壓器初級(jí)出現(xiàn)很 大的

4、涌流，造成尖峰噪聲。2）高頻變壓器 開關(guān)電源中的變壓器，用作隔離和變壓，但由于漏感的原因， 會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲；同時(shí)，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(huì)將一次側(cè)高 次諧波噪聲傳遞給次級(jí)，而變壓器對(duì)外殼的分布電容形成另一條高頻通路，使 變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)更容易在其他引線上耦合形成噪聲。3）整流二極管二次側(cè)整流二極管用作高頻整流時(shí)，由于反向恢復(fù)時(shí)間的因 素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時(shí)不能立即消除（因載流子的存在， 還有電流流過）。一旦這個(gè)反向電流恢復(fù)時(shí)的斜率過大，流過線圈的電感就產(chǎn)生 了尖峰電壓，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，其 頻率可達(dá)幾十MHz。4）電

5、容、電感器和導(dǎo)線開關(guān)電源由于工作在較高頻率，會(huì)使低頻元件特性發(fā) 生變化，由此產(chǎn)生噪聲。1.2開關(guān)電源外部干擾開關(guān)電源外部干擾可以以“共模”或“差?！狈绞酱嬖凇８蓴_類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進(jìn)行變化。其 中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等，電源 干擾的類型見表1。在表1中的幾種干擾中，能夠通過電源進(jìn)行傳輸并造成設(shè)備的破壞或影響其 工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波，而靜電放電等干擾只要電源設(shè)備 本身不產(chǎn) 生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象，就不會(huì)造成因電源引起的對(duì)用電設(shè)備 的影響。2開關(guān)電源干擾耦合途徑開關(guān)電源干擾耦合途徑有兩種方式：一種是傳導(dǎo)耦合方式

6、，另一種是輻射耦 合方式。2.1傳導(dǎo)耦合傳導(dǎo)耦合是騷擾源與敏感設(shè)備之間的主要耦合途徑之一。傳導(dǎo)耦合必須在騷 擾源與敏感設(shè)備之間存在有完整的電路連接，電磁騷擾沿著這一連接電路從騷擾 源傳輸電磁騷擾全敏感設(shè)備，產(chǎn)生電磁干擾。按其耦合方式可分為電路性耦合、 電容性耦合和電感性耦合。在開關(guān)電源中，這3種耦合方式同時(shí)存在，互相聯(lián)系。2.1.1電路性耦合電路性耦合是最常見、最簡單的傳導(dǎo)耦合方式。其又有以下幾種:1）直接傳導(dǎo)耦合導(dǎo)線經(jīng)過存在騷擾的環(huán)境時(shí)，即拾取騷擾能量并沿導(dǎo)線傳導(dǎo) 全電路而造成對(duì)電路的干擾。2）共阻抗耦合由于兩個(gè)以上電路有公共阻抗，當(dāng)兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公 共阻抗時(shí)，一個(gè)電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會(huì)影響到另一個(gè)電路， 這就是 共阻抗耦合。形成共阻抗耦合騷擾的有電源輸出阻抗、接地線的公共阻 抗等。2 .1.2電容性耦合電容性耦合也稱為電耦合，由于兩個(gè)電路之生的尖峰電壓是一種有較大幅度 的窄脈沖，其頻間存在寄生電