開關電源的電磁干擾抑制技術

開關電源的電磁干擾抑制技術（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）

2007年11月25日第24卷第6期開關電源的電磁干擾抑制技術（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）TelecomPowerTechnologies收稿日期:2007205220作者簡介:朱方明(19742,男,四川資中縣人,工程師,主要從事通信電源,短波通信技術的研究。文章編號:100923664(20070620076204設計應用開關電源的電磁干擾抑制技術朱方明1,王寶瑛2(1.總參通信部駐寶雞地區(qū)軍事代表室,陜西寶雞721006;2.陜西寶雞長嶺股份研發(fā)部,陜西寶雞721006摘要:電磁干擾對開關電源的效率和安全性影響成為人們關注的熱點。文中分析了開關電源中電磁干擾產生的原因,提出了抑制干擾的有效措施。關鍵詞:電磁;干擾;抑制中圖分類號:TN86文獻標識碼:AElectromagneticInterferenceSuppressingTechniquesofSwitchingModePowerSupplyZHUFang2ming1,WANGBao2ying2(1.TheMilitaryDelegateOfficeinBaoji,Baoji721006,China(2.BaojiChanglingGroupCo.,LTD,Baoji721006,ChinaAbstract:Theelectromagneticinterferenceisanimportantfactorwhichinfluencesgreatlytheapplicationofswitchingmodepowersupply,peoplepaymoreandmoreattentiontoit.Inthispaper,thecauseofelectromagneticinterferenceisanalyzed,andsomesuppressingmethodsarementioned.Keywords:electromagnetic;interference;suppression電磁兼容(ElectroMagneticCompatibility,簡稱EMC是指電子設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境能正常工作,且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。它包括電磁干擾(EMI和電磁敏感(EMS兩方面的內容。EMI是指電器產品向外發(fā)出干擾。EMS是指電器產品抵抗電磁干擾的能力。一臺具備良好電磁兼容性的設備應既不受周圍電磁噪聲的影響,也不對周圍環(huán)境造成電磁干擾。電磁干擾的三個要素是干擾源、耦合通道和敏感體。抑制開關電源產生的干擾對保證電子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行具有十分重要的意義,電磁干擾的抑制技術主要包括削弱干擾的能量,隔離和減弱噪聲耦合途徑及提高設備對電磁騷擾的抵抗能力等。本文分析了開關電源電磁干擾產生原因,介紹了開關電源電磁干擾抑制技術及設計方法。1開關電源電磁干擾的產生開關電源通常是將工頻交流電整流為直流電,然后經過開關管的控制使其變?yōu)楦哳l,再經過整流濾波電路輸出,得到穩(wěn)定的直流電壓。工頻整流濾波使用大容量電容充、放電,開關管高頻通斷,輸出整流二極管的反向恢復等工作過程中產生了極高的di/dt和du/dt,形成了強烈的浪涌電流和尖峰電壓,它是開關電源電磁干擾產生的最基本原因。另外,開關管的驅動波形,MOSFET漏源波形等都是接近矩形波形狀的周期波。因此,其頻率是MHz級別的,這些高頻信號對開關電源的基本信號,特別是控制電路的信號造成干擾。1.1輸入整流電路的諧波干擾開關電源輸入端通常采用橋式整流、電容濾波電路。整流橋只有在脈動電壓超過輸入濾波電容上的電壓時才能導通,電流才從市電電源輸入,并對濾波電容充電。一旦濾波電容上的電壓高于市電電源的瞬時電壓,整流管便截止。所以,輸入電路的電流是脈沖性質的,并且有著豐富的高效諧波電流。這是因為整流電路的非線性特性,整流橋交流側的電流嚴重失真。忽略換流過程和電流脈動的影響,整流電路交流側輸入電流in的第n次諧波電源的幅值Inm可表示為Inm=I1m/n,式中:n=2k±1(k=1,2,3…;I1m為基波電流幅值,于是交流側電流in可表示為in=I1m(sinωt+13sin3ωt+15sin5ωt+……=I1m∑n=1,3,5(1nsinnωt而直流側的諧波次數(shù)是n倍。所以,整流電路直流側高頻諧波電流不僅使電路產生功率,增加電路的無功功率,而且高頻諧波會沿著傳輸線路產生傳導干擾和輻射干擾。1.2開關電路產生的干擾開關電路在開關電源中起著關鍵的作用,同時也?67?2007年11月25日第24卷第6期是主要的干擾源之一。開關管負載為高頻變壓器初級線圈,是感性負載。其在導通瞬間,初級線圈產生很大的涌流,并在初級線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓;在斷開瞬間,由于初級線圈的漏磁通,致使一部分能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈,儲藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減震蕩,疊加在關斷電壓上,形成關斷電壓尖峰。如果尖峰有足夠高的幅度,那么很有可能把開關管擊穿。1.3高頻變壓器產生的共模傳導騷擾高頻變壓器是開關電源中實現(xiàn)能量儲存、隔離、輸出、電壓變換的重要部件,它的漏感和分布電容對電路的電磁兼容性能產生較大的影響。由于初級線圈有漏磁通,致使一部分能量沒有傳輸?shù)酱渭壘€圈,而是通過集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩,疊加在關斷電壓上,形成關斷電壓尖峰,產生與初級線圈接通時一樣的磁化沖擊電流瞬變,這個噪聲會傳導到輸入、輸出端,形成傳導騷擾,重者有可能擊穿開關管。另外,高頻變壓器初級線圈、開關管和濾波電容構成的高頻開關電流環(huán)路可能會產生較大的空間輻射,形成輻射騷擾。在開關電源的調頻變壓器初次級之間存在著分布電容。用一個裝置電容(裝置對地的分布電容來與整個開關電源等效,就形成了干擾通道。共模干擾通過變壓器的耦合電容,經過裝置電容再返回大地,就得到一個由變壓器耦合電容與裝置電容構成的分壓器。脈沖變壓器初級線圈、開關管和濾波電容構成的高頻開關電流環(huán)路可能會產生較大的空間輻射,形成輻射騷擾。1.4分布及寄生參數(shù)引起的開關電源噪聲開關電源的分布參數(shù)是多數(shù)干擾的內在因素,開關電源和散熱器之間的分布電容、變壓器初次級之間的分布電容、原副邊的漏感都是噪聲源。共模干擾就是通過變壓器初、次級之間的分布電容以及開關電源與散熱器之間的分布電容傳輸?shù)摹Ｆ渲凶儔浩骼@組的分布電容與高頻變壓器繞組結構、制造工藝有關。開關電源與散熱器之間的分布電容與開關管的結構以及開關管的安裝方式有關。采用帶有屏蔽的絕緣襯墊可以減小開關管與散熱器之間的分布電容。在高頻工作下的元件都有高頻寄生特性,對其工作狀態(tài)產生影響。高頻工作時導線變成了發(fā)射線、電容變成了電感、電感變成了電容、電阻變成了共振電路,當頻率過高時各元件的頻率特性產生了相當大的變化。為了保證開關電源在高頻工作時的穩(wěn)定性,設計開關電源時要充分考慮元件在高頻工作時的特性,選擇使用高頻特性比較好的元件。另外,在高頻時,導線寄生電感的感抗顯著增加,由于電感的不可控性,最終使其變成一根發(fā)射線,也就成為了開關電源中的輻射干擾源。2抑制電磁干擾的措施開關電源存在著共模干擾和差模干擾兩種電磁干擾形式。根據前面分析的電磁干擾源,結合它們的耦合途徑,可以從EMI濾波器、吸收電路、接地和屏蔽等幾個方面來抑制干擾,把電磁干擾衰減到允許限度之內。2.1交流輸入EMI濾波器濾波是一種抑制傳導干擾的方法,在電源輸入端接上濾波器可以抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害,也可以抑制由開關電源產生并向電網反饋的干擾。電源濾波器作為抑制電源線傳導干擾的重要單元,在設備或系統(tǒng)的電磁兼容設計中具有極其重要的作用。電源進線端通常采用如圖1所示的EMI濾波器電路。該電路可以有效地抑制交流電源輸入端的低頻差模騷擾和高頻段共模騷擾。在電路中,跨接在電源兩端的差模電容Cx1、Cx2(亦稱X電容用于濾除差模干擾信號,一般采用陶瓷電容器或聚脂薄膜電容器,電容值通常取0.1~0.47μF。而中間連線接地的共模電容Cy1和Cy2(亦稱Y電容則用來短路共模噪聲電流,取值范圍通常為C1=C2≈2200pF。抑制電感L1、L2通常取100~130μH,共模扼流圈L是由兩股等同并且按同方向繞制在一個磁芯上的線圈組成,通常要求其電感量L≈15~25mH。當負載電流渡過共模扼流圈時,串聯(lián)在火線上的線圈所產生的磁力線和串聯(lián)在零線上線圈所產生的磁力線方向相反,它們在磁芯中相互抵消。因此,即使在大負載電流的情況下,磁芯也不會飽和。而對于共模干擾電流,兩個線圈產生的磁場是同方向的,會呈現(xiàn)較大電感,從而起到衰減共模干擾信號的作用。圖1EMI濾波器2.2利用吸收電路開關電源產生EMI的主要原因是電壓和電流的急劇變化,因而需要盡可能地降低電路中電壓和電流的變化率(du/dt和di/dt。采取吸收電路能夠抑制EMI,其基本原理就是在開關關斷時為其提供旁路,吸收積蓄在寄生分布參數(shù)中的能量,從而抑制干擾的發(fā)生?？梢栽陂_關管兩端并聯(lián)如圖2(a所示的RC吸收電路,開關管或二極管在開通和關斷過程中,管中產生的反向尖峰電流和尖峰電壓,可以通過緩沖的方法予以克服。緩沖吸收電路可以減少尖峰電壓的幅度和減少電壓波形的變化率,這對于半導體器件使用的安全?77?2007年11月25日第24卷第6期TelecomPowerTechnologies性非常有好處。與此同時,緩沖吸收電路還降低了射頻輻射的頻譜成份,有益于降低射頻輻射的能量。箝位電路主要用來防止半導體器件和電容器被擊穿的危險。兼顧箝位電路保護作用和開關電源的效率要求,TVS管的擊穿電壓選擇為初級繞組感應電壓的1.5倍。當TVS上的電壓超過一定幅度時,器件迅速導通,從而將浪涌能量泄放掉,并將浪涌電壓的幅值限制在一定的幅度。在開關管漏極和輸出二極管的正極引線上可串聯(lián)帶可飽和磁芯線圈或微晶磁珠,材質一般為鈷,當通過正常電流時磁芯飽和,電感量非常小。一旦電流要反向流過時,它將產生非常大的反電勢,這樣就能有效地抑制二極管的反向浪涌電流。圖2吸收電路2.3屏蔽措施抑制輻射噪聲的有效方法就是屏蔽?？梢杂脤щ娦阅芰己玫牟牧蠈﹄妶鲞M行屏蔽,用磁導率高的材料對磁場進行屏蔽。為了防止變壓器的磁場泄漏,使變壓器初次級耦合良好,可以利用閉合磁環(huán)形成磁屏蔽,如罐型磁芯的漏磁通就明顯比E型的小很多。開關電源的連接線,電源線都應該使用具有屏蔽層的導線,盡量防止外部干擾耦合到電路中?；蛘呤褂么胖?、磁環(huán)等EMC元件,濾除電源及信號線的高頻干擾。但是,要注意信號頻率不能受到EMC元件的干擾,也就是信號頻率要在濾波器的通帶之內。整個開關電源的外殼也需要有良好的屏蔽特性,接縫處要符合EMC規(guī)定的屏蔽要求。通過上述措施保證開關電源既不受外部電磁環(huán)境的干擾也不會對外部電子設備產生干擾。2.4變壓器的繞制在設計高頻變壓器時必須把漏感減到最小。因為漏感越大,產生的尖峰電壓幅值越高,漏極箝位電路的損耗就越大,這必然導致電源效率降低。減小變壓器的漏感通常采用減少原邊繞組的匝數(shù)、增大繞組的寬度、減小各繞組之間的絕緣層等措施。變壓器主要的寄生參數(shù)為漏感、繞組間電容、交叉耦合電容。變壓器繞組間的交叉耦合電容為共模噪聲流過整個系統(tǒng)提供了通路。在變壓器的繞制過程中采用法拉第屏蔽來減小交叉耦合電容。法拉第屏蔽簡單來說就是用銅箔或鋁箔包繞在原邊繞組和副邊繞組之間,形成一個表面屏蔽層隔離區(qū),并接地,其中原邊繞組和副邊繞組交錯繞制,以減小交叉耦合電容。在安裝規(guī)程上一般要求散熱器接地,那么開關管漏極與散熱器之間的寄生電容就為共模噪聲提供了通路,可以在漏極和散熱器之間加一銅箔或鋁箔并接地以減小此寄生電容。2.5接地技術的應用開關電源需要重視地線的連接,地線承擔著參考電平的重任,特別是控制電路的參考地,如電流檢測電阻的地電平和無隔離輸出的分壓電阻的地電平。(1設備的信號接地。設備的信號接地,可能是以設備中的一點或一塊金屬來作為信號的接地參考點,它為設備中的所有信號提供了一個公共參考電位。如浮地和混合接地,另外還有單點接地和多點接地。(2設備接大地。在工程實踐中,除認真考慮設備內部的信號接地外,通常還將設備的信號地,機殼與大地連在一起,以大地作為設備的接地參考點?？刂菩盘柕牡仉娖剿p應盡可能的小,因此,采用控制部分一點接地,然后將公共連接點再單點接至功率地。這種接地方式可以使噪聲源和敏感電路分離。另外,地線盡量鋪寬,對空白區(qū)域可敷銅填滿,力求降低地電平誤差和EMI。在裝置中盡量采用表面貼裝元器件,使組裝密度更高,體積更小,重量更輕,可靠性更高,高頻特性好,減小電磁和射頻干擾。2.6PCB元件布局及走線PCB中帶狀線、電線、電纜間的串間是印刷電路板線路中存在最難克服的問題之一[7]。開關電源的輻射騷擾與電流通路中的電流大小、通路的環(huán)路面積、以及電流頻率的平方的乘積成正比,因此PCB的布局設計將直接關系到整機電磁兼容性能。在設計開關電源印制電路板時,必須從布局及走線的優(yōu)化設計著手。(1印制板布線地通常要符合以下原則①輸入、輸出端用的導線應盡量避免相鄰平等。最好加線間地線,以免發(fā)生反饋耦合;②印制板導線盡量采用寬線,尤其是電源線和地線;③印制導線拐彎處一般采取圓弧形;④專用零伏線、電源線的走線寬度≥1mm,電源線和地線盡可能靠近等。(2元器件布局時通常要符合以下原則①按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置,使布局便于信號流通,并使信號盡可能保持一致的方向。②以每個功能電路的核心元件為中心,圍繞它來進行布局。元器件應均勻、整齊、緊湊地排列在PCB上,盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。③在高頻下工作的電路,要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應盡可能使元器件平等排列。④位于電路板邊緣的元器件,離電路板邊緣的距?87?2007年11月25日第24卷第6期離一般不小于2mm。3結束語開關電源體積越來越小,功率密度越來越大,EMI/EMC問題成為了開關電源穩(wěn)定性的一個關鍵因素,也越來越受到人們的重視。開關電源的電磁兼容控制策略與控制技術方案有很多,如通過對干擾的傳輸通道進行抑制、空間進行分離、時間進行分隔、頻率管理、電氣隔離等。在開關電源設計時只有綜合運用各種電磁干擾抑制技術才能有效提高開關電源的電磁兼容性,真正滿足各種場合的需要。參考文獻:[1]錢振宇.開關電源的電磁兼容性設計與測試[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.[2]沙占友.新型單片開關電源設計與應用技術[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.[3]梁凱,熊臘森,姚高尚,簡虎.開關電源的電磁兼容性設計[J].電源技術應用,2007,2:18223.[4]李斌,彌謙.開關電源電磁干擾的抑制措施[J].電源世界,2006,9:44247.[5]左琛,胡瑩,常越.開關電源中電磁干擾的產生及其抑制[J].電力電子技術,2007,1:78280.[6]張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.[7]周志敏,周紀海.開關電源實用技術設計與應用[M].北京:人民郵電出版社,2003.[8]路宏敏.工程電磁兼容[M].西安:西安電子科技大學出版社,2003.[9]電磁兼容控制技術.電源世界,2006,8:52253.[10]王凡,王志強.開關電源電磁干擾分析及抑制[J].電源技術應用,2005,8:42245.(上接第75頁則Kp2=100,Ki2=Kp2Ti2=622.8(29則Gvea=Kp2+Ki2/s=9.96+622.8/s(303系統(tǒng)仿真本文應用MATLAB的Simulink和PowerSys2temBlock工具箱對前文所設計的電路及控制回路參數(shù)進行了仿真,仿真圖如圖6所示。仿真中,電壓環(huán)采樣頻率為10kHz,電流環(huán)采樣頻率為100kHz。圖7為交流輸入電壓電流波形,圖8為輸出電壓波形。可以看出,輸入電流已經在相位和波形上很好地跟蹤輸入電壓,輸出電壓能很快穩(wěn)定在400V,紋波電壓在±1%范圍內,滿足設計要求。圖7輸入電壓電流波形圖8輸出電壓波形4結論針對目前應用廣泛的平均電流型Boost2PFC電路,分析了其數(shù)字化實現(xiàn)的原理和方法,并以一個設計實例詳細介紹了數(shù)字控制回路的設計過程。仿真結果驗證了該PFC數(shù)字控制方案的可行性。參考文獻:[1]張占松,蔡宣三.開關電源的原理與設計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.[2]蘇奎峰,呂強.TMS320F2812原理與開發(fā)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2005.[3]曾慶虹,楊時杰.基于平均電流控制的有源功率因數(shù)校正技術[J].鄭州大學學報,2006,27(1:28231.[4]昌建軍,李春燕,陳新.Boost型功率因數(shù)校正變換器的數(shù)字控制研究[J].通信電源技術,2005,22(3:123.?97?目錄一目錄1二目的2三問題2-6四問題簡析6--7五對策方案7—101對主開關管2對變壓器3對二極管4對貯能電感5對外加干擾六實例應用10--17七結論171PDF檔案以"PDF製作工廠"試用版建立21.目的:自然現(xiàn)象產生的電子擾動或因某些設備引起的其它設備的非正常響應都可稱為電磁干擾(EMIelectromagneticinterference.而電磁兼容(EMCelectromagneticcompatibility則與EMI相反,是確保系統(tǒng)或設備不產生電磁幹擾的技術.對電源供應器,則要求我們所設計的電源不可以幹擾到系統(tǒng)的正常運行,同時也希望電源對系統(tǒng)的幹擾有一定的免疫力.另外,由于EMI的不可視性和隨機性,給我們的設計帶來了很大的困擾,是電源設計中的一大難題!本文將以PSA54U-201為例,對EMI和EMC進行一系列的討論,希望能尋求到一些可普遍運作的解決方案.2.問題此機種在最初的時候,CE和RE都比較高對于CE,在低頻端(0.15M—0.5M和高頻部份(10M—15M比較高,MARGIN不夠(客戶認為,若超過了第二條線則為不PASS.尤其是FCC,後面那部份很高,已超出了規(guī)格很多.而RE,則在50M至70M內的值比較高,超出快20Db.參照以下圖樣圖1conductiontestEN55022-BLINE0.208M58.1-6.722.1M47-8PDF檔案以"PDF製作工廠"試用版建立3圖2conductiontestEN55022-BNEUTRAL0.21M57-7圖3conductiontestFCC-BLINE22.3M45.4-1.2圖4conductiontestFCC-BNEUTRALPDF檔案以"PDF製作工廠"試用版建立40.48M37.6-10.422.3M47.20.1圖5radiationtestEN55022-BVERTICAL62.1M47.656.3M38圖6radiationtestEN55022-BHORIZONTALPDF檔案以"PDF製作工廠"試用版建立64.5M37.6圖7radiationtestFCC-BVERTICAL60.3M50.856.3M41圖8radiationtestFCC-BNEUTRAL63.1M47.1172M42.5由以上波形,EMI的問題顯而易見!3.問題簡析圖9PSA54U-201的線路圖此機種為PSA65U-301的衍生機型,在做處理時,只是單純的把另外一組輸出給去掉,而變壓器沒做改變,這樣帶來了很多隱患.EMI雜訊的來源我認為雜訊的產生在於電流或電壓的急劇變化(di/dt和dv/dt很大,因此高功率和高頻率運作的器件都是EMI雜訊的來源.對power來說,EMI雜訊的來源有a開關管b變壓器c二極體d貯能電感e外界幹擾的耦合(輸入端和輸出端4.對策方案個人認為電磁幹擾是一種能量,無法不讓它產生,只有用一定的辦法去減小其對系統(tǒng)的干擾.另外正因為它是種能量,對於整個power來說.其總共的能量是一定的,我們可以采用方法去降低某個頻段的干擾,但一個頻段的壓低就會引起另一個頻段能量的上升.因此,我們需要的是整個系統(tǒng)的平衡.可用到的方法可分為兩大類:一種是讓能量泄放掉;另一種是把能量給擋個外部.也可以說一種方法是減小其產生的幅度,另一種則切斷其傳播途徑.因此,最有效的辦法是把電源給完全屏蔽.4.1對開關管在power的工作過程中,開關管一直處在快速的關與斷的狀態(tài),而由於開關管結面電容的存在,開關管在快速開關的時候就會產生一定的尖峰,這樣就會有一些noise發(fā)射出來.另外開關管的結面電容和變壓器的繞組電感也有可能產生諧振而發(fā)出幹擾.對此可采用的方法有1在D極和G極加core,這樣等於加了一個小電感,使開關管的電流變化率不會太大,可減小尖峰的大小2在開關管處加snubber同樣的,此方案也是為了使開關管在快速工作時的尖峰不要太大,使其電壓或電流能緩慢上升.圖10Q1的波形3減小開關管與周邊元件的壓差,這樣的話,則開關管的結面電容可充電的程度會得到一定的降低,4.2對變壓器變壓器是power中的貯能元件,在能量的充放過程中,就可能會產生雜訊幹擾.對此我們可采用的方案有1把變壓器法拉第屏蔽讓變壓器產的雜訊不發(fā)射出來2減緩能量的快速充放3一二次側的可靠隔離4.3對二極體同樣的,二極管在快速截止與導通的過程中會有spike的產生.且它的正常與否很密切的關係開開關管和變壓器的工作.因此我們在對二次整流二極體做處理時,一定要同時檢測開關管和變壓器的工作波形.1加RC緩衝器讓二極體的能量能平緩的泄放2在其管腳個加beadcore使其電流不可突變以減小spike4.4對貯能電感類似於變壓器,可對其加屏蔽4.5外界幹擾的耦合(輸入端和輸出端對輸入端此處是整個電源的入口處,外部電網的一些雜訊都有可能從此處進來,從而幹擾到電源內部一些元件的正常工作.與此同時,電源內部的雜訊也是由此傳播到外部電網,對外界造成干擾.一般我們在這里都有一些X電容和Y電容以及noisefilter對雜訊進行過濾.如圖所示圖11濾波電路1其中一些雜訊可直接通過電容bypass到大地,另一些則被由電容和電感組成的濾波阻擋在外面.對一些功率比較大的電源,一般都可采用級連的辦法,在一級共模濾波後再加一級差模濾波來減小雜訊的干擾(見圖圖12濾波級連我們可適當?shù)腦電容值和Y電容值以及NF值對傳導幹擾可達到一定的目的.對輸出端(尤其是長DCCORD電源給系統(tǒng)搭配后,系統(tǒng)內部的一些雜訊就可能由DCCORD而傳到電源的內部,而且外界的一些幹擾也有可能通過DCCORD耦合到電源內部,產一系列的干擾.對於由此而產生的干擾,最好的辦法是同對付輸入端的幹擾一樣去加一些共模濾波和差模濾波.但是在實際中不太可能去做這些工作,因此我們只能從DCCORD去著手.首先對於直接由系統(tǒng)內部傳過來的干擾我們可以在DCCORD上加一些磁環(huán)以及filtercore去減小其noise而對於耦合在DCCORD上的雜訊,我們可以加強DCCORD的抗幹擾能力,比方說給它加屏蔽,讓外界的雜訊不易從它耦合到電源內部.5.實例應用由開始所提供的EMI圖樣可知,CONDUCTION的LINE線要比NEUTRAL線高.而RADIATION的VERTICAL要比HORIZONTAL高多.故以後只提供CPNDUCTION的LINE線以及RADIATION的VERTICAL兩種波形圖!對於本機種,由於其安規(guī)已申請,故在EMI的改善過程中有個很大的難題是不可以去很大幅度的改動其安規(guī)元件,而添加外圍電路的前提也是不可以去動PCB!對圖1,可看到輸入部份和輸出部份很高,對輸出那一段,可以在DCCORD處加一個磁CORE,結果如圖11圖13變更DCCORD後的CONDUCTION由圖可看到,在20M到30M內的尖峰已削平到了40Db左右.對輸入部份最直接的對策是把NOISEFILTER加大,而由於此是一安規(guī)元件,對此我請教過安規(guī)的專家,她們認為在變更此類元件時,只要對周過的元件的影響不很大,溫差不會超過20℃則可認為變換後安規(guī)仍不變.對此,我把NF由開始的16mH左右加大到了23mH左右.變更後的圖如圖12:圖14變更NF後的CONDUCTION圖(EN55022圖15變更NF後的CONDUCTION圖(FCC由圖可看到,在500K以前的峰值都已有了下降,不過在0.5—2M間的峰值都有了一定程度的提高,由此帶來了另一個患,在此暫且不提.到此可認為,CONDUCTION已修改成功.下面再來看看RADIATION:對於此類干擾,我們要借助一系列的工具,最好能用步譜分析儀,那樣可以定頻率的分析到每一個頻段的幹擾的高低,不過此方法要用的頻譜分析儀不可多求,故可采用更”原始”點的方法,可以把一個小電感(感值很小,且絕緣良好很好的屏蔽后(只留下其接收端在外把它的兩個引腳接到示波器上,把示波器的頻帶限制去掉後選用一定的檔位,把接收端去接觸工作著的POWER的各個點,如果電感選取合適的話,則從示波器上接收到的信號就是你所接觸點的發(fā)出的信號,可以很精確的這點分析到幹擾源.對本機種采用此方法可以看到在Q1,D51,D52,D53,REC,TRANSFORMER處的幹擾信號最強.5.1首先,我看了一下屏蔽的效果,用一塊屏蔽板加在電源上,形成雙層屏蔽圖16屏蔽電源可看到,加了一塊屏蔽板以後整個頻段的峰值都可以壓下去.5.2在Q1的D極加了一個BEADCORE圖17Q1的D極加BEADCORE可以看到,加了磁環(huán)以后,峰值有所降低5.3由於在本機中,開關管接在一次側地上,與大地有一定的電位,故嘗試把晶體與一次地隔離.結果如圖18圖18晶體管隔離這樣隔離后相當於減小了晶體管與周過元件的電位差.也有一定的效果.5.4由于變壓器處發(fā)出的信號也很強,故嘗試把變壓器給屏蔽.圖19屏蔽變壓器相對圖5,也有所改善5.5同樣的,給一二次隔離的Y電容引腳加個BEADCORE圖20給C9加BEADCORE5.6給二次側的整流二極體加上CORE圖21D51,D52加CORE開關電源電磁干擾分析及抑制[日期：2005-11-15]來源：電源技術應用

王凡王志強[字體：大中小]

摘要：開關電源由于本身工作特性使得電磁干擾問題相當突出。從開關電源電磁干擾的模型入手論述了開關電源電磁兼容問題產生的原因及種類，并給出了常用的抑制開關電源電磁干擾的措施、濾波器設計及參數(shù)選擇。

關鍵詞：開關電源；電磁干擾；分析與抑制引言近年來，開關電源以其效率高、體積小、輸出穩(wěn)定性好的優(yōu)點而迅速發(fā)展起來。但是，由于開關電源工作過程中的高頻率、高di/dt和高dv/dt使得電磁干擾問題非常突出。國內已經以新的3C認證取代了CCIB和CCEE認證，使得對開關電源在電磁兼容方面的要求更加詳細和嚴格。如今，如何降低甚至消除開關電源的EMI問題已經成為全球開關電源設計師以及電磁兼容（EMC）設計師非常關注的問題。本文討論了開關電源電磁干擾形成的原因以及常用的EMI抑制方法。1開關電源的干擾源分析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本信號，尤其是控制電路的信號造成干擾。

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。如圖1所示，電網中含有的共模和差模噪聲對開關電源產生干擾，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（如圖中的返回噪聲、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。下面具體分析開關電源噪聲產生的原因和途徑。1.1電源線引入的電磁噪聲電源線噪聲是電網中各種用電設備產生的電磁騷擾沿著電源線傳播所造成的。電源線噪聲分為兩大類：共模干擾、差模干擾。共模干擾（Common-modeInterference）定義為任何載流導體與參考地之間的不希望有的電位差；差模干擾（Differential-modeInterference）定義為任何兩個載流導體之間的不希望有的電位差。兩種干擾的等效電路如圖2[1]所示。圖中CP1為變壓器初、次級之間的分布電容，CP2為開關電源與散熱器之間的分布電容（即開關管集電極與地之間的分布電容）。如圖2（a）所示，開關管V1由導通變?yōu)榻刂範顟B(tài)時，其集電極電壓突升為高電壓，這個電壓會引起共模電流Icm2向CP2充電和共模電流Icm1向CP1充電，分布電容的充電頻率即開關電源的工作頻率。則線路中共模電流總大小為（Icm1＋Icm2）。如圖2（b）所示，當V1導通時，差模電流Idm和信號電流IL沿著導線、變壓器初級、開關管組成的回路流通。由等效模型可知，共模干擾電流不通過地線，而通過輸入電源線傳輸。而差模干擾電流通過地線和輸入電源線回路傳輸。所以，我們設置電源線濾波器時要考慮到差模干擾和共模干擾的區(qū)別，在其傳輸途徑上使用差模或共模濾波元件抑制它們的干擾，以達到最好的濾波效果。

圖2

1.2輸入電流畸變造成的噪聲開關電源的輸入普遍采用橋式整流、電容濾波型整流電源。如圖3所示，在沒有PFC功能的輸入級，由于整流二極管的非線性和濾波電容的儲能作用，使得二極管的導通角變小，輸入電流i成為一個時間很短、峰值很高的周期性尖峰電流。這種畸變的電流實質上除了包含基波分量以外還含有豐富的高次諧波分量。這些高次諧波分量注入電網，引起嚴重的諧波污染，對電網上其他的電器造成干擾。為了控制開關電源對電網的污染以及實現(xiàn)高功率因數(shù)，PFC電路是不可或缺的部分。1.3開關管及變壓器產生的干擾主開關管是開關電源的核心器件，同時也是干擾源。其工作頻率直接與電磁干擾的強度相關。隨著開關管的工作頻率升高，開關管電壓、電流的切換速度加快，其傳導干擾和輻射干擾也隨之增加。此外，主開關管上反并聯(lián)的鉗位二極管的反向恢復特性不好，或者電壓尖峰吸收電路的參數(shù)選擇不當也會造成電磁干擾。開關電源工作過程中，由初級濾波大電容、高頻變壓器初級線圈和開關管構成了一個高頻電流環(huán)路。該環(huán)路會產生較大的輻射噪聲。開關回路中開關管的負載是高頻變壓器初級線圈，它是一個感性的負載，所以，開關管通斷時在高頻變壓器的初級兩端會出現(xiàn)尖峰噪聲。輕者造成干擾，重者擊穿開關管。主變壓器繞組之間的分布電容和漏感也是引起電磁干擾的重要因素。1.4輸出整流二極管產生的干擾理想的二極管在承受反向電壓時截止，不會有反向電流通過。而實際二極管正向導通時，PN結內的電荷被積累，當二極管承受反向電壓時，PN結內積累的電荷將釋放并形成一個反向恢復電流，它恢復到零點的時間與結電容等因素有關。反向恢復電流在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產生較強烈的高頻衰減振蕩。因此，輸出整流二極管的反向恢復噪聲也成為開關電源中一個主要的干擾源。可以通過在二極管兩端并聯(lián)RC緩沖器，以抑制其反向恢復噪聲。

1.5分布及寄生參數(shù)引起的開關電源噪聲開關電源的分布參數(shù)是多數(shù)干擾的內在因素，開關電源和散熱器之間的分布電容、變壓器初次級之間的分布電容、原副邊的漏感都是噪聲源。共模干擾就是通過變壓器初、次級之間的分布電容以及開關電源與散熱器之間的分布電容傳輸?shù)?。其中變壓器繞組的分布電容與高頻變壓器繞組結構、制造工藝有關?？梢酝ㄟ^改進繞制工藝和結構、增加繞組之間的絕緣、采用法拉第屏蔽等方法來減小繞組間的分布電容。而開關電源與散熱器之間的分布電容與開關管的結構以及開關管的安裝方式有關。采用帶有屏蔽的絕緣襯墊可以減小開關管與散熱器之間的分布電容。如圖4所示，在高頻工作下的元件都有高頻寄生特性[2]，對其工作狀態(tài)產生影響。高頻工作時導線變成了發(fā)射線、電容變成了電感、電感變成了電容、電阻變成了共振電路。觀察圖4中的頻率特性曲線可以發(fā)現(xiàn)，當頻率過高時各元件的頻率特性產生了相當大的變化。為了保證開關電源在高頻工作時的穩(wěn)定性，設計開關電源時要充分考慮元件在高頻工作時的特性，選擇使用高頻特性比較好的元件。另外，在高頻時，導線寄生電感的感抗顯著增加，由于電感的不可控性，最終使其變成一根發(fā)射線。也就成為了開關電源中的輻射干擾源。2開關電源EMI抑制措施電磁兼容的三要素是干擾源、耦合通路和敏感體，抑制以上任何一項都可以減少電磁干擾問題。開關電源工作在高電壓大電流的高頻開關狀態(tài)時，其引起的電磁兼容性問題是比較復雜的。但是，仍符合基本的電磁干擾模型，可以從三要素入手尋求抑制電磁干擾的方法。

2.1抑制開關電源中各類電磁干擾源為了解決輸入電流波形畸變和降低電流諧波含量，開關電源需要使用功率因數(shù)校正（PFC）技術。PFC技術使得電流波形跟隨電壓波形，將電流波形校正成近似的正弦波。從而降低了電流諧波含量，改善了橋式整流電容濾波電路的輸入特性，同時也提高了開關電源的功率因數(shù)。軟開關技術是減小開關器件損耗和改善開關器件電磁兼容特性的重要方法。開關器件開通和關斷時會產生浪涌電流和尖峰電壓，這是開關管產生電磁干擾及開關損耗的主要原因。使用軟開關技術使開關管在零電壓、零電流時進行開關轉換可以有效地抑制電磁干擾。使用緩沖電路吸收開關管或高頻變壓器初級線圈兩端的尖峰電壓也能有效地改善電磁兼容特性。輸出整流二極管的反向恢復問題可以通過在輸出整流管上串聯(lián)一個飽和電感來抑制，如圖5所示，飽和電感Ls與二極管串聯(lián)工作。飽和電感的磁芯是用具有矩形BH曲線的磁性材料制成的。同磁放大器使用的材料一樣，這種磁芯做的電感有很高的