開(kāi)關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù)

開(kāi)關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù)第1頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1.前言與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，開(kāi)關(guān)電源不需要沉重的電源變壓器，具有體積小、重量輕、效率高、待機(jī)功耗低、穩(wěn)壓范圍寬等特點(diǎn)，廣泛用于空間技術(shù)、雷達(dá)、計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備、通信、自動(dòng)控制、家用電器等領(lǐng)域。然而，開(kāi)關(guān)電源自身產(chǎn)生的各種電磁騷擾占有很寬的頻帶和較強(qiáng)的幅度，如果控制不當(dāng)會(huì)通過(guò)傳導(dǎo)和輻射對(duì)周圍設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，污染電磁環(huán)境，成為一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源。這些干擾隨著開(kāi)關(guān)頻率的提高、輸出功率的增大而明顯地增強(qiáng)，對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成了潛在的威脅。如何抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁騷擾，提高相應(yīng)電子產(chǎn)品的質(zhì)量，使之符合有關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求，已成為拋開(kāi)沉重的線性電源換用輕便的開(kāi)關(guān)電源的產(chǎn)品設(shè)計(jì)者們面對(duì)的首要問(wèn)題。第2頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.開(kāi)關(guān)電源工作原理及電磁騷擾的來(lái)源與傳統(tǒng)的線性電源相比開(kāi)關(guān)電源具有無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但是開(kāi)關(guān)電源為什么仍然無(wú)法完全取代線性電源呢？一方面，開(kāi)關(guān)電源的電路復(fù)雜程度比線性電源高得多，調(diào)試復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，限制了其在低價(jià)位電子產(chǎn)品上的應(yīng)用；另一方面，即使經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)，與線性電源相比開(kāi)關(guān)電源自身仍會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁騷擾，這不僅會(huì)干擾所供電的設(shè)備，而且也會(huì)干擾周圍的其它電子設(shè)備，限制了其在精密尖端電子設(shè)備上的應(yīng)用。首先，我們就從這兩個(gè)方面著手了解開(kāi)關(guān)電源。第3頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.1開(kāi)關(guān)電源的工作原理開(kāi)關(guān)電源種類很多：按驅(qū)動(dòng)方式有自激式、他激式；按隔離方式有光耦隔離型、變壓器隔離型、非隔離型；按變換方式有降壓型、升壓型，極性反轉(zhuǎn)型、開(kāi)關(guān)電容型、諧振型；按控制方式有脈寬控制方式、磁放大器控制方式等。實(shí)際的開(kāi)關(guān)電源種類很多，電路千差萬(wàn)別，但基本結(jié)構(gòu)大同小異，其工作原理框圖見(jiàn)圖1，實(shí)際電路組成可能有部分取舍。第4頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖1開(kāi)關(guān)電源原理框圖第5頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.1開(kāi)關(guān)電源的工作原理（續(xù)一）開(kāi)關(guān)電源的核心是一種DC/DC轉(zhuǎn)換器。對(duì)交流輸入電壓首先經(jīng)過(guò)一次整流濾波后變成直流，然后送到DC／DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對(duì)直流輸入電壓，則無(wú)須一次整流濾波部分。逆變器把直流變成幾千赫至幾百千赫的高頻矩形波，然后再由二次整流濾波器變成所需的直流輸出電壓。由取樣、誤差放大、基準(zhǔn)電壓、脈沖控制電路構(gòu)成電壓負(fù)反饋系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器輸出矩形波的占空比（即PWM方式）或重復(fù)頻率來(lái)穩(wěn)定直流輸出。第6頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2電磁騷擾的產(chǎn)生由開(kāi)關(guān)電源的工作原理我們可以知道，開(kāi)關(guān)電源都是利用半導(dǎo)體器件的高速通斷的來(lái)實(shí)現(xiàn)電壓變換的，并以開(kāi)和關(guān)的時(shí)間比來(lái)控制輸出電壓的高低。由于它通常在20kHz以上的開(kāi)關(guān)頻率下工作，所以電源線路內(nèi)的dv/dt、di/dt很大，產(chǎn)生很大的浪涌電壓、浪涌電流和其它各種電磁騷擾。它們不但通過(guò)輸入、輸出電源線以共?；虿钅７绞较蛲鈧鲗?dǎo)，同時(shí)還向周圍空間輻射。下面我們對(duì)開(kāi)關(guān)電源的內(nèi)部的主要騷擾來(lái)源及傳播途徑進(jìn)行分析。第7頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2電磁騷擾的產(chǎn)生（續(xù)一）開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁騷擾的因素較多，其中由整流電路產(chǎn)生的電流高次諧波干擾和電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾是主要因素，開(kāi)關(guān)脈沖的形成和控制電路中的高頻矩形脈沖含有豐富的高次諧波也會(huì)產(chǎn)生電磁騷擾。它們均產(chǎn)生于電源裝置的內(nèi)部，由脈沖形成和控制電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)由開(kāi)關(guān)電源中的二級(jí)管和晶體管在非線性的工作過(guò)程產(chǎn)生躍變電壓和電流，通過(guò)高頻變壓器、儲(chǔ)能電感線圈、寄生電容和導(dǎo)線以及不適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和元件布局向交流電網(wǎng)、供電設(shè)備及空間傳播形成傳導(dǎo)和輻射騷擾。下面就圖2所示的基本開(kāi)關(guān)電源電路對(duì)其產(chǎn)生電磁騷擾的機(jī)理進(jìn)行分析。第8頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖2開(kāi)關(guān)電源原理示意圖

第9頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.1整流濾波產(chǎn)生的電磁騷擾基本整流濾波電路的整流過(guò)程是產(chǎn)生電磁騷擾最常見(jiàn)的原因。因?yàn)檎也ㄍㄟ^(guò)整流器后不再是單一頻率的電流，而是變成單向脈動(dòng)電源，此電流波形分解為一直流分量和一系列頻率不同的交流分量之和。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較高的諧波(特別是高次諧波)會(huì)沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾。第10頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.1整流濾波產(chǎn)生的電磁騷擾（續(xù)一）a）一次整流回路產(chǎn)生的電磁騷擾一次整流回路一般是由整流橋BR1及濾波電容C1構(gòu)成，其輸入是工頻的正弦交流電壓。當(dāng)電路穩(wěn)定工作后，整流橋BR1只有在輸入的交流電壓絕對(duì)值超過(guò)C1的端電壓時(shí)導(dǎo)通，電流從電源輸入側(cè)流入，其余時(shí)間，BR1截止，無(wú)電流通過(guò)。該電路在交流電壓波形最高點(diǎn)上相對(duì)于供電電壓較小的導(dǎo)電角對(duì)電容器充電引起交流電流以連續(xù)的窄電流脈沖形式流過(guò)輸入回路。這種窄電流脈沖經(jīng)頻域展開(kāi)，除工頻分量外還有豐富的高次諧波分量。這是一種典型的對(duì)交流電網(wǎng)的選擇性取電，電源工作的功率因素極低。這種工作方式不但降低了供電網(wǎng)絡(luò)的效率，其高磁諧波會(huì)反向注入交流供電網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生供電電壓波形的畸變，劣化供電質(zhì)量。由于工頻頻率很低，其上百次諧波也不過(guò)數(shù)千赫茲，它多以傳導(dǎo)騷擾形式出現(xiàn)，極難形成輻射騷擾。第11頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.1整流濾波產(chǎn)生的電磁騷擾（續(xù)二）b）二次整流回路產(chǎn)生的電磁騷擾一方面，電源在工作時(shí)，整流二極D2處于高頻通斷狀態(tài)，由脈沖變壓器次級(jí)線圈L2、整流二極管D2和濾波電容C2構(gòu)成了高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路，如果電容器C2濾波不足或高頻特性不良，

C2上的高頻阻抗會(huì)使高頻電流以差模形式混在輸出直流電壓上成為差模騷擾，影響負(fù)載電路的正常工作。另一方面，二極管D2在正向?qū)〞r(shí)PN結(jié)內(nèi)的電荷被積累，二極管加反向電壓時(shí)積累的電荷將消失并產(chǎn)生反向電流。由于二次整流回路中D2在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)頻率很高，即由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r(shí)間很短。在短時(shí)間內(nèi)要讓存儲(chǔ)電荷消失就產(chǎn)生反電流的浪涌。由于直流輸出線路中的分布電容、分布電感的存在，便因浪涌引起干擾成為高頻衰減振蕩。這種高頻衰減振蕩在直流輸出端形成差模騷擾。這兩種形式的騷擾高次諧波成分豐富，頻率高端可達(dá)數(shù)十上百兆赫茲，它們還可能通過(guò)內(nèi)部電路的相互感應(yīng)轉(zhuǎn)化成輸入、輸出端的共模騷擾及通過(guò)空間向外傳播輻射騷擾。第12頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.2開(kāi)關(guān)回路產(chǎn)生的電磁騷擾對(duì)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)回路產(chǎn)生的電磁騷擾是其騷擾最直接和最主要的來(lái)源。開(kāi)關(guān)回路是開(kāi)關(guān)電源的核心，主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的尖峰電壓為有較大輻度的窄脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。第13頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.2開(kāi)關(guān)回路產(chǎn)生的電磁騷擾（續(xù)一）產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要原因是：a）開(kāi)關(guān)管T的負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈L1，是感性負(fù)載。在開(kāi)關(guān)管T導(dǎo)通瞬間，L1出現(xiàn)很大的電流，并在T的兩端會(huì)出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓，在開(kāi)關(guān)管T斷開(kāi)瞬間，由于L1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，儲(chǔ)藏在漏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)斷電壓尖峰，這種電源電壓中斷會(huì)產(chǎn)生與L1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)到輸入輸出端去形成傳導(dǎo)騷擾，重者有可能擊穿開(kāi)關(guān)管及該回路其它部件。第14頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.2開(kāi)關(guān)回路產(chǎn)生的電磁騷擾（續(xù)二）b）脈沖變壓器初級(jí)L1、開(kāi)關(guān)管T和濾波電容C1構(gòu)成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射騷擾。如果電容器C1濾波不足或高頻特性不良，C1上的高頻阻抗會(huì)使高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中去形成傳導(dǎo)騷擾。第15頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.3開(kāi)關(guān)控制回路產(chǎn)生的電磁騷擾開(kāi)關(guān)脈沖的形成和控制電路中的高頻矩形脈沖含有豐富的高次諧波。它一方面有可能通過(guò)不良的接地及高頻感應(yīng)向外傳遞形成電磁騷擾；另一方面，該脈沖信號(hào)中的高頻諧波會(huì)經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)回路的放大和傳遞形成電磁騷擾。第16頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.4分布電容成為電磁騷擾傳遞的通道a）由于開(kāi)關(guān)管T一般功率都較大，所以在開(kāi)關(guān)管T的集電極上一般需加散熱片K，為了安全及防止高頻騷擾通過(guò)K向外輻射，K一般接保護(hù)地或機(jī)殼，為了防止短路，在集電極和散熱片中間隔有導(dǎo)熱絕緣墊片。散熱片K與開(kāi)關(guān)管T間雖有絕緣墊片，但由于接觸面積較大，絕緣墊片薄，兩者間的分布電容Ci在高頻時(shí)不能忽略。開(kāi)關(guān)回路的高頻開(kāi)關(guān)電流會(huì)通過(guò)Ci傳輸散熱片K上，再流到機(jī)殼地和保護(hù)地線PE中，從而形成面向空間的輻射騷擾和電源線傳導(dǎo)共模騷擾。若電源線L和N線對(duì)PE線的阻抗不平衡，則電源線傳導(dǎo)共模騷擾還會(huì)轉(zhuǎn)變成差模騷擾。第17頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

2.2.4分布電容成為電磁騷擾傳遞的通道(續(xù)一)b）脈沖變壓器的一次側(cè)L1和二次側(cè)L2間存在分布電容Cd，一次側(cè)L1的高頻電壓通過(guò)這些分布電容將直接耦合到二次側(cè)L2上去，在二次側(cè)的二條輸出直流電源線上產(chǎn)生同相位的傳導(dǎo)共模騷擾。如二線對(duì)地阻抗不平衡，該傳導(dǎo)共模騷擾還會(huì)轉(zhuǎn)變成差模騷擾。第18頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的要求由于開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用很廣泛，當(dāng)它應(yīng)用在不同的產(chǎn)品中對(duì)應(yīng)的電磁兼容測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試項(xiàng)目是各不相同的。這些標(biāo)準(zhǔn)五花八門，測(cè)試項(xiàng)目也各不相同，但對(duì)開(kāi)關(guān)電源本身的電磁兼容要求是差別不大的。這些不同用途的開(kāi)關(guān)電源單獨(dú)測(cè)試，如果其符合GB9254-1998標(biāo)準(zhǔn)B級(jí)產(chǎn)品的要求，那么它在其應(yīng)用產(chǎn)品中按相應(yīng)的電磁騷擾標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)一般也會(huì)符合要求。這兒我們主要介紹開(kāi)關(guān)電源按GB9254-1998測(cè)試時(shí)的測(cè)試項(xiàng)目及其標(biāo)準(zhǔn)要求。其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)這兒不另介紹，大家可以自行查閱。第19頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.1電源端子騷擾電壓本項(xiàng)目適用于由交流電網(wǎng)供電的ITE的電源端子。反映的是ITE通過(guò)供電的交流電源端子向供電電網(wǎng)反向注入的騷擾電流的強(qiáng)度。騷擾電壓限值見(jiàn)表一。第20頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.2輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)本項(xiàng)目反映的是ITE向空間輻射的電磁騷擾的強(qiáng)度。輻射騷擾限值見(jiàn)表二。標(biāo)準(zhǔn)中的騷擾限值為10m測(cè)試距離的騷擾限值。對(duì)其他測(cè)量距離不為10m的測(cè)量值可用換算公式：L2（dB）=L1（dB）+20log(d1/d2)進(jìn)行換算。表二:

ITE輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)限值第21頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

3.3開(kāi)關(guān)電源一般測(cè)試條件如果由交流電網(wǎng)供電，按國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)要求，一般供電電源為單相交流220V/50Hz或三相交流380V/50Hz。按開(kāi)關(guān)電源的使用條件或使用說(shuō)明的要求決定是否接地。測(cè)試時(shí)其輸出外接純阻性負(fù)載，并使輸出電流達(dá)到其額定輸出電流，或在其典型應(yīng)用環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)開(kāi)關(guān)電源及其負(fù)載裸露放置或按實(shí)際使用要求放置。電源端子騷擾電壓一般在屏蔽室或符合本標(biāo)準(zhǔn)要求的電磁環(huán)境的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量，輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試一般在電波暗室或開(kāi)闊場(chǎng)進(jìn)行。第22頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.開(kāi)關(guān)電源電磁騷擾的抑制措施對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的EMI所采取的抑制措施，主要從兩個(gè)方面著手：一是減小騷擾源的騷擾強(qiáng)度；二是切斷騷擾傳播途徑。為了達(dá)到這個(gè)目的主要從以下幾個(gè)方面著手：選擇合適的開(kāi)關(guān)電源工作方式及工作頻率；選擇合適的電路元件；采用正確的屏蔽、接地、濾波措施;使用合理的元件布局等幾種方法。第23頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.1減小騷擾源的騷擾強(qiáng)度4.1.1選擇合適的工作方式及工作頻率不同種類的開(kāi)關(guān)電源的工作方式不同，他們的產(chǎn)生的電磁騷擾強(qiáng)度及所產(chǎn)生的電磁騷擾控制難度是不同的。例如：自激式開(kāi)關(guān)電源在負(fù)載輕重不同時(shí)不但脈沖寬度會(huì)改變，其開(kāi)關(guān)頻率變化很大，這樣給克服開(kāi)關(guān)脈沖騷擾和控制其傳播帶來(lái)很大難度；他激式開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)頻率不變，靠改變脈沖寬度來(lái)保持輸出穩(wěn)定。顯然，他激式開(kāi)關(guān)電源更容易控制電磁騷擾。隔離型開(kāi)關(guān)電源比非隔離型開(kāi)關(guān)電源騷擾小。橋式整流產(chǎn)生的騷擾比其它整流方式產(chǎn)生的騷擾小。光耦隔離比變壓器隔離的騷擾更容易控制。對(duì)非隔離型開(kāi)關(guān)電源：諧振型比極性反轉(zhuǎn)型騷擾小多了。第24頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.1.1選擇合適的工作方式及工作頻率(續(xù)一)開(kāi)關(guān)電源的工作頻率也與騷擾強(qiáng)度密切相關(guān)：低的開(kāi)關(guān)電源工作頻率不但可以減少騷擾的高頻分量，其傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的傳播效率也會(huì)大大降低。實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們進(jìn)行工作方式選擇時(shí)，綜合考慮電路的復(fù)雜程度、轉(zhuǎn)換效率、生產(chǎn)成本和調(diào)試難度的同時(shí)也別忽略了考慮其電磁兼容性能，這樣往往可以取到事半功倍的效果。至于工作頻率，在不增加成本和影響工作效率的情況下當(dāng)然是越小越好。第25頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.1.2選擇合適的電路元件開(kāi)關(guān)回路是開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁騷擾最直接和最主要來(lái)源。在開(kāi)關(guān)回路中，開(kāi)關(guān)管是核心。我們實(shí)際設(shè)計(jì)和測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，對(duì)同一開(kāi)關(guān)電源，其他部分保持不變，我們用同樣耐壓和電流容量的不同品牌的開(kāi)關(guān)管進(jìn)行輻射騷擾測(cè)試，整體騷擾最大的與最小的可能相差15~20dB。對(duì)傳導(dǎo)騷擾的頻率高端，我們也發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象（對(duì)傳導(dǎo)騷擾的頻率低端這種現(xiàn)象沒(méi)有高端明顯）。這與開(kāi)關(guān)管在設(shè)計(jì)中有否考慮電磁兼容有關(guān)。好的開(kāi)關(guān)管在設(shè)計(jì)中考慮到了高頻率抑制及開(kāi)關(guān)瞬間的震蕩并兼顧了轉(zhuǎn)換效率。這種開(kāi)關(guān)管成本可能會(huì)高些。第26頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.1.2選擇合適的電路元件（續(xù)一）開(kāi)關(guān)回路中另一關(guān)鍵部件是脈沖變壓器。脈沖變壓器對(duì)電磁兼容的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的分布電容Cd，一個(gè)是脈沖變壓器的漏磁。通過(guò)在初級(jí)線圈與次級(jí)線圈間加靜電屏蔽層并引出接地，該接地線盡量靠近開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接直流輸入的0V地（熱地），這樣可以大大減小分布電容Cd，從而減少了初、次級(jí)的電場(chǎng)的耦合騷擾。為了減小脈沖變壓器的漏磁，可以選擇封閉磁芯（如圓環(huán)），封閉磁芯比開(kāi)口磁芯的漏磁小。還可以通過(guò)在脈沖變壓器外包高磁導(dǎo)率的屏蔽材料抑制漏磁。從而減小通過(guò)漏磁輻射騷擾。第27頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.1.2選擇合適的電路元件（續(xù)二）開(kāi)關(guān)回路（一次整流回路）中的C1選擇也很關(guān)鍵，選擇高頻特性良好的電容或在其上并聯(lián)一個(gè)高頻電容，降低高頻阻抗，可以減少高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中去形成傳導(dǎo)騷擾。在二次整流回路中，整流二極管D2非常關(guān)鍵。在低壓大電流的整流回路中，快速恢復(fù)的肖特基二極管是一種較好的選擇。對(duì)高壓輸出電路可選用其他快速恢復(fù)二極管或帶軟恢復(fù)特性的二極管。第28頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.1.3騷擾吸收回路可在開(kāi)關(guān)回路的開(kāi)關(guān)管T兩端并聯(lián)RC吸收回路如圖3(a)所示，或在開(kāi)關(guān)管T兩端并聯(lián)DRC吸收回路如圖3(b)所示。RC/DRC回路可吸收開(kāi)關(guān)管T接通和斷開(kāi)瞬間產(chǎn)生的較高的浪涌尖峰電壓，降低開(kāi)關(guān)回路的騷擾。第29頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.1.3騷擾吸收回路（續(xù)一）如圖3(c)所示，在輸出端的整流二極管D2兩端加RC吸收電路，抑制反向浪涌，并在整流二極管D2和D1正極引線中串接帶可飽和磁芯的線圈或微晶磁珠（Co系）SC1、SC2?？娠柡痛判揪€圈/微晶磁珠在通過(guò)正常電流時(shí)磁芯飽和，電感量很小，不會(huì)影響電路正常工作；一旦電流要反向流過(guò)時(shí)，它將產(chǎn)生很大的反電勢(shì)，阻止反向電流的上升，因此將它與二極管D1、D2串聯(lián)就能有效地抑制二極管D2的反向浪涌電流。微晶磁珠可以直接套在二極管的引線上，使用方便，效果也比RC吸收回路好。另外，D1、L、C2組成的濾波網(wǎng)絡(luò)可以更好濾除輸出直流中的高頻紋波，減少輸出端的高頻差模騷擾。第30頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.1.4一次整流回路中PFC網(wǎng)絡(luò)對(duì)一次整流回路，最顯著的騷擾是整流回路對(duì)交流電網(wǎng)的選擇性取電引起的供電網(wǎng)絡(luò)的波形畸變，功率因素偏低。為解決這個(gè)問(wèn)題，可在一次整流回路加入現(xiàn)成的PFC（功率因素控制）模塊。該模塊分有源和無(wú)源兩種，有源模塊效果更好，但電路復(fù)雜，成本較高。為了更適合所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，也有公司提供PFC解決方案，使其與所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源完美接合成為一體。對(duì)一次整流回路加入PFC電路后一般可將功率因素從0.4提升到0.9以上?？梢允顾O(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源順利通過(guò)GB17625.1-1998的電流諧波測(cè)試。第31頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2切斷騷擾傳播途徑4.2.1濾波技術(shù)濾波技術(shù)是抑制干擾的一種有效措施，尤其是在對(duì)付開(kāi)關(guān)電源EMI信號(hào)的傳導(dǎo)騷擾和某些輻射騷擾方面，具有明顯的效果。電源線上的騷擾電路以兩種形式出現(xiàn):一種是在火線零線回路中，其騷擾被稱為差模騷擾;另一種是在和火線、零線與地線和大地的回路中，稱為共模騷擾。差模騷擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于對(duì)稱性騷擾；共模騷擾在導(dǎo)線與地(機(jī)殼)之間傳輸，屬于非對(duì)稱性騷擾。通常20kHz以下時(shí)，差模騷擾成分占主要部分。1MHz以上時(shí)，共模騷擾成分占主要成分。在一般情況下，差模騷擾頻率低、所造成的干擾較小，共模騷擾頻率高，還可以通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。第32頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2.1濾波技術(shù)（續(xù)一）因此，欲削弱傳導(dǎo)騷擾，把EMI信號(hào)控制在有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平以下。除抑制騷擾源以外，最有效的方法就是在開(kāi)關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝EMI濾波器。對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的EMI信號(hào)，只要選擇相應(yīng)的去耦電路或EMI濾波器，就不難滿足符合EMC標(biāo)準(zhǔn)的濾波效果。減小差模傳導(dǎo)騷擾的方法是在電源線上串聯(lián)差模扼流圈、并聯(lián)電容或用電容和電感組成低通濾波器，來(lái)減小高頻騷擾；減小共模傳導(dǎo)騷擾的方法是在電源線中串聯(lián)共模扼流圈、在地與導(dǎo)線之間并聯(lián)電容器、組成LC濾波器進(jìn)行濾波，濾去共模傳導(dǎo)騷擾。共模扼流圈是將電源線的零線和火線同方向繞在鐵氧體磁芯上構(gòu)成的，它對(duì)線間流動(dòng)的電源電流阻抗很小，而對(duì)兩根導(dǎo)線與地之間流過(guò)的共模電流阻抗則很大。第33頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2.1濾波技術(shù)（續(xù)二）對(duì)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，輸入電源端是電磁騷擾從交流電網(wǎng)傳入內(nèi)部和內(nèi)部騷擾反向注入電網(wǎng)的主要途徑。為此必須在電源入口處安裝一個(gè)低通濾波器，這個(gè)濾波器只容許設(shè)備的工作頻率(50Hz,60Hz,400Hz)通過(guò)，而對(duì)較高頻率的騷擾有很大的損耗，由于這個(gè)濾波器專門用于設(shè)備電源，所以稱為電源濾波器。電源濾波器對(duì)差模騷擾和共模騷擾都有抑制作用，由于電路結(jié)構(gòu)不同，對(duì)差模騷擾和共模騷擾抑制效果不一樣。所以濾波器的指標(biāo)中有差模插入損耗和共模插入損耗之分。對(duì)交流供電的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有輸入電源濾波電路，要通過(guò)電磁兼容測(cè)試是很難想象的。典型的交流電源濾波網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖4所示。第34頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

圖4典型的交流電源濾波網(wǎng)絡(luò)

第35頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2.1濾波技術(shù)（續(xù)三）共模扼流圈Lc1由兩個(gè)繞在同一個(gè)高磁導(dǎo)率磁芯上的繞組構(gòu)成，它們的結(jié)構(gòu)使差模電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消。這種結(jié)構(gòu)可以以較小體積獲得較大的電感值，通常1～10mH，并且不用擔(dān)心由于工作電流導(dǎo)致飽和。每個(gè)繞組的電感可以衰減相對(duì)與地的共模干擾電流，但只有漏電感才能衰減差模干擾電流。因此，濾波器差模特性在很大程度上受線圈的結(jié)構(gòu)的影響，因?yàn)榫€圈的結(jié)構(gòu)決定了漏電感。較大的漏電感能夠提供較大的差模衰減，但付出的代價(jià)是磁芯的飽和電流降低。第36頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2.1濾波技術(shù)（續(xù)四）共模電容器Cy1和Cy2衰減共模干擾，當(dāng)Cx3很大時(shí)，這兩個(gè)電容器對(duì)差模沒(méi)有太大的影響。Cy電容器的有效性很大程度上由設(shè)備的共模源阻抗決定。共模源阻抗一般是耦合到地的寄生電容的函數(shù)，它由電路的結(jié)構(gòu)方式和電源變壓器初級(jí)－次級(jí)電容等決定，一般會(huì)超過(guò)1000pF。由Cy的分流作用提供的共模衰減一般不會(huì)超過(guò)15～20dB。共模扼流圈是更為有效的器件。當(dāng)Cy受到嚴(yán)格限制時(shí)，可能需要一個(gè)以上的共模扼流圈組合（如圖4中的Lc2、Cx2）。第37頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2.1濾波技術(shù)（續(xù)五）差模電容器Cx1和Cx2（3）只衰減差模干擾電流，它們的電容值可以較大，通常為0.1～0.47μF。源和負(fù)載的阻抗可能很低，以致于電容器起不到作用。因此根據(jù)具體情況，可以省略一只電容器。例如，一只0.1μF的電容器在150kHz的頻率下，阻抗為10Ω，而對(duì)于一個(gè)數(shù)百瓦的電源，從Cx3看到的差模源阻抗可能遠(yuǎn)低于這個(gè)值，因此在最需要這個(gè)電容的低頻段，這個(gè)Cx3的電容值幾乎沒(méi)有效果，這時(shí)Cx3可取消。第38頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2.1濾波技術(shù)（續(xù)六）在許多場(chǎng)合，典型結(jié)構(gòu)的濾波器不能提供滿意的衰減效果。例如，必須滿足最嚴(yán)格發(fā)射限制的大功率開(kāi)關(guān)電源，或有較大的共模干擾耦合的場(chǎng)合，或需要較高的輸入瞬態(tài)抗擾度的場(chǎng)合?；緸V波器可以通過(guò)一些途徑來(lái)擴(kuò)展。附加差模扼流圈Ld1、Ld2，這是在L和N線上獨(dú)立的線圈，它們互相沒(méi)有影響，因此對(duì)差模信號(hào)呈現(xiàn)更高的阻抗，它們與Cx配合在一起提供更大的衰減。由于它們要保證在滿額工作電流的情況不發(fā)生飽和，因此對(duì)于一定的電感量，它們更重，體積更大。大容量的Cx應(yīng)用一只泄放電阻R來(lái)保護(hù)，防止電源斷開(kāi)時(shí)L和N線之間保持的充電電荷造成人身傷害。第39頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2.1濾波技術(shù)（續(xù)七）地線扼流圈L：這增加了安全地上共模電流的阻抗。當(dāng)Cy不能更大，而對(duì)源的干擾又沒(méi)有其它措施時(shí)，這是唯一的一種減小輸入、輸出共模干擾的措施。因?yàn)?，它是串?lián)在安全地上的，因此它的危險(xiǎn)電流承受能力必須滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。使用時(shí)要確認(rèn)沒(méi)有其它聯(lián)到設(shè)備機(jī)箱上的導(dǎo)線將其短路。瞬態(tài)抑制器：象壓敏電阻這樣一些器件跨接在L和N線之間能夠削減輸入的差模浪涌。如果它安裝在靠近電源的一端，則它必須能夠承受預(yù)期的最大瞬態(tài)能量，安裝在這里能夠保護(hù)電感不至于飽和和保護(hù)Cx電容器。如果安裝在設(shè)備一端，則其額定值可以大大降低，因?yàn)樗呀?jīng)受到了濾波器阻抗的保護(hù)。這里的壓敏電阻對(duì)共模浪涌沒(méi)有抑制作用。第40頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2.1濾波技術(shù)（續(xù)八）

在開(kāi)關(guān)電源的直流輸出端加入圖5所示的直流輸出濾波網(wǎng)絡(luò)。它由共模扼流圈Lc1、差模扼流圈Ld1和差模電容Cx1、Cx2組成。為了防止磁芯在較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度下飽和而使扼流圈失去作用，差模扼流圈Ld1的磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度大的恒μ磁芯。第41頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2.2減小分布電容的耦合為了防止開(kāi)關(guān)管集電極和散熱片之間的耦合電容Ci將集電極上的脈沖騷擾耦合到到機(jī)殼和保護(hù)地PE上形成面向空間的輻射騷擾和電源線傳導(dǎo)共模騷擾。我們應(yīng)該減少開(kāi)關(guān)管集電極和散熱片之間的耦合電容Ci。選用低介電常數(shù)的材料作絕緣墊；加厚墊片的厚度；并采用靜電屏蔽的方法：一般開(kāi)關(guān)管的外殼是集電極，在集電極和散熱片之間墊上一層夾心絕緣物，即絕緣物中間夾一層銅箔，作為靜電屏蔽層，接在輸入直流0V地（熱地）上，散熱片仍接在機(jī)殼地上。這樣就大大減少集電極與散熱片之間的耦合電容Ci，也就減少了它們之間的電場(chǎng)耦合。第42頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.2.2減小分布電容的耦合（續(xù)一）對(duì)脈沖變壓器的初級(jí)與次級(jí)之間的耦合電容Cd，也可以用同樣的方式通過(guò)加靜電屏蔽層并就近在開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接直流輸入的0V地（熱地）。該方式只能減少Cd的耦合，仍然會(huì)有部分騷擾從脈沖變壓器的初級(jí)耦合到次級(jí)形成共模騷擾。這時(shí)可通過(guò)在直流輸入的0V地（熱地）和直流輸出的0V地（冷地）端串接一Y電容，給通過(guò)Cd耦合到輸出端的共模騷擾一個(gè)回路，重新回到直流輸入的0V地。從而減小通過(guò)Cd耦合的共模騷擾。在選擇該電容時(shí)為保證通過(guò)安全測(cè)試所需的耐壓，一般由兩個(gè)Y電容串聯(lián)使用。第43頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.3屏蔽抑制開(kāi)關(guān)電源輻射騷擾的有效方法是屏蔽：用導(dǎo)電良好的材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽，用導(dǎo)磁率高的材料對(duì)磁場(chǎng)屏蔽。為了防止脈沖變壓器的磁場(chǎng)泄露，可利用閉合環(huán)形成磁屏蔽。對(duì)整個(gè)開(kāi)關(guān)電源要進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽。在屏蔽的應(yīng)考慮散熱和通風(fēng)問(wèn)題，屏蔽外殼上的通風(fēng)孔最好為多孔圓形，在滿足通風(fēng)的條件下，孔的數(shù)量可以多，每個(gè)孔的尺寸要盡可能小。接縫處最好焊接，以保證電磁的連續(xù)性，如果采用螺釘固定，注意螺絲間距要短。屏蔽外殼引入、引出線處要采取濾波措施，否則這些線都會(huì)成為良好的騷擾發(fā)射天線，嚴(yán)重降低屏蔽外殼屏蔽效果。第44頁(yè)，課件共49頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.3屏蔽（續(xù)一）對(duì)無(wú)法進(jìn)行完全屏蔽的開(kāi)關(guān)電源，至少在其關(guān)鍵部位要有局部屏蔽。電場(chǎng)屏蔽如果屏蔽外殼不接地就完全起不到屏蔽效果。磁場(chǎng)屏蔽則無(wú)須接地。對(duì)非嵌入的外置式開(kāi)關(guān)電源的外殼進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽非常重要，否則很難通過(guò)輻射騷擾測(cè)試