小議開關(guān)電源電磁干擾機(jī)理與抑制措施_工程管理

1、小議開關(guān)電源電磁干擾機(jī)理與抑制措施目前，很多高校及科研單位都進(jìn)行了開關(guān)電源電磁干擾抑制的討論。他們中有些從電磁產(chǎn)生的機(jī)理動(dòng)身，有些從電磁產(chǎn)生的影響動(dòng)身，都提出了很多有用有價(jià)值的方案。本文先分析了開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)理，就目前幾種有效的開關(guān)電源電磁干擾措施進(jìn)行了分析比較。開關(guān)電源電磁干擾抑制的目的是使產(chǎn)品在肯定的電磁環(huán)境下受到電磁干擾時(shí)，無(wú)性能的下降或故障，能工作正常，同時(shí)對(duì)電磁環(huán)境不構(gòu)成污染。一開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生氣理開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來(lái)分，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種。若按耦合通路來(lái)分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明;1、二極管的反向恢復(fù)時(shí)間

2、引起的干擾高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò)，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí)，由于pn結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消逝之前的一段時(shí)間里，電流會(huì)反向流淌，致使載流子消逝的反向恢復(fù)電流急劇削減而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。2開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型，推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波重量。當(dāng)采納零電流、零電壓開關(guān)時(shí)，這種諧波干擾將會(huì)很小。另外，功率開關(guān)管在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。3溝通輸入回路產(chǎn)生的干擾無(wú)工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流

3、管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過(guò)開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過(guò)輸入輸出線傳播時(shí)，都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。4、其他緣由元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完善，印刷線路板(pcb)走線通常采納手工布置，具有很大的隨便性，pcb的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成emi干擾。二電磁干擾的相關(guān)理論1、開關(guān)電源的主要電磁干擾源開關(guān)電源中的電磁干擾源主要有開關(guān)器件、二極管和非線性無(wú)源元件。在開關(guān)電源中，印制 板布線不當(dāng)

4、也是引起電磁干擾的一個(gè)主要因數(shù)。1.1開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾對(duì)開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾是其主要干擾源之一。開關(guān)電路是開關(guān)電源的核 心，主要由開關(guān)管和高額變壓器組成。他產(chǎn)生的dv/dt具有較大的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要緣由是：(1) 開關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈，是感性負(fù)載。在開關(guān)導(dǎo)通瞬間，初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級(jí)線圈的兩端消失較高的浪涌尖峰電壓.在開關(guān)管斷開瞬間，由于初級(jí)線圈的漏磁通，致使一部分能量沒(méi)有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈，貯存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振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷尖峰電壓。這種電源電

5、壓中斷會(huì)產(chǎn)生與初級(jí)線圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變，這個(gè)噪聲會(huì)傳導(dǎo)到輸入輸出端，形成傳導(dǎo)干擾，重者有可能擊穿開關(guān)管。(2) 脈沖變壓器初級(jí)線圈，開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾，假如電容濾波容量不足或高頻特性不好，電容上的高頻阻抗會(huì)使高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到溝通電源中形成傳導(dǎo)干擾。1.1.2二極管整流電路產(chǎn)生的電磁干擾主電路中整流二極管產(chǎn)生的反向恢復(fù)電流的1di/dt1遠(yuǎn)比續(xù)流二極管恢復(fù)電流Idi/dtl小得多。作為電磁干擾源來(lái)討論，整流二極管反向恢復(fù)電流形成的干擾強(qiáng)度大，頻帶寬。整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠(yuǎn)小于電源中的功率開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳

6、變。因此，不計(jì)整流二極管產(chǎn)生的Idv/dtI和Idi/dtl的影響，而把整流電路當(dāng)成電磁干擾耦合通道的一部分來(lái)討論也是可以的。2、開關(guān)電源電磁干擾的耦合通道開關(guān)電源通過(guò)耦合通道對(duì)自身產(chǎn)生干擾。通常多采納差模和共模干擾加以分析?！肮材８蓴_”是指干擾大小和方向全都，其存在于電源任何一相對(duì)大地，或中線對(duì)大地間。共模干擾也稱縱模干擾、不對(duì)稱干擾或接地干擾。是載流體與大地之間的干 擾。“差模干擾”是指干擾大小相等，方向相反，其存在于電源相線與中線之間。差模干擾也稱常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾。·這是載流體之間的干擾。共模干擾說(shuō)明白干擾是由輻射或串?dāng)_耦合到電路中的。而差模干擾則說(shuō)明白干擾是源于同

7、一條電路的。通常這兩種干擾是同時(shí)存在的，由于線路阻抗的不平衡，兩種干擾在傳輸中還會(huì)相互轉(zhuǎn)化.所以狀況特別簡(jiǎn)單。三抑制干擾的幾種措施形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而，抑制電磁干擾也應(yīng)當(dāng)從這3方面著手。首先應(yīng)當(dāng)抑制干擾源，直接消退干擾緣由，其次是消退干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設(shè)備的抗擾力量，減低其對(duì)噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道，它們確是行之有效的方法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。采納屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如，功率開關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率

8、損耗，為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時(shí)需要導(dǎo)熱性能好的絕緣片進(jìn)行絕緣.這就使器件與底板和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容，開關(guān)電源的底板是溝通電源的地線，因而通過(guò)器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到溝通輸入端產(chǎn)生共模干擾，解決這個(gè)問(wèn)題的方法是采納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(wǎng)傳播的途徑。為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射，電磁干擾對(duì)其他 電子 設(shè)備的影響，可完全根據(jù)對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩，然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體，就能對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如，靜電屏蔽層接地可

9、以抑制變化電場(chǎng)的干擾。電磁屏蔽用的導(dǎo)體原則上可以不接地，但不接地的屏蔽導(dǎo)體時(shí)常增加靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng)。所以仍以接地為好，這樣使電磁屏蔽能同時(shí)發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共 參考 點(diǎn)與大地相連，可為信號(hào)回路供應(yīng)穩(wěn)定的參考電位。因此，系統(tǒng)中的平安愛(ài)護(hù)地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后，最終都與大地相連.在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循。一點(diǎn)接地”的原則，假如形成多點(diǎn)接地，會(huì)消失閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線穿過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。因此，為降低接地阻抗，消退分布電容的影響而實(shí)行平面式或多點(diǎn)接地.利用一個(gè)導(dǎo)電平面(底板或多層印制板電路的導(dǎo)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(jìn)一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容削減返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后，再連接到公共參考點(diǎn)上。濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的方法。例如，在電源輸入端接上濾波器，可以抑制開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾.也可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電源本身的侵害。在濾波電路中，還采納許