高頻開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)中EMC問(wèn)題的初步探討

1、畢 業(yè) 論 文學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)院 (系)專 業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)題 目高頻開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)中EMC問(wèn)題的初步探討指導(dǎo)教師 年月摘 要：高頻開關(guān)電源因體積小、功率因數(shù)較大等優(yōu)點(diǎn)，在通信、控制、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但由于會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，其進(jìn)一步的應(yīng)用受到一定程度上的限制。本文闡述了電磁兼容EMC的基本概念和高頻開關(guān)電源電路的組成及其特點(diǎn)，介紹了電磁干擾對(duì)電子設(shè)備的危害，針對(duì)高頻開關(guān)電源的工作特點(diǎn)，分析了電磁干擾產(chǎn)生的機(jī)理，提出了應(yīng)采取的相應(yīng)抑制措施。通過(guò)這些方法的實(shí)施，從而提高了開關(guān)電源的電磁兼容性。關(guān)鍵詞：高頻開關(guān)電源,電磁兼容，電磁干擾,抑制Abstract: High frequency s

2、witching power supply for small and large power factor advantages, such as communications, control, and computer fields are widely used. However, cause electromagnetic interference, the further application of the restrictions are to some extent. In this paper, electromagnetic compatibility - EMC bas

3、ic concepts and high-frequency switching power supply circuit of the composition and characteristics of electromagnetic interference introduced damage to electronic equipment, high frequency switching power supply for the working characteristics of the electromagnetic interference generated by the m

4、echanismproposed suppression measures should be taken accordingly.The switching power supply electromagnetic compatibility has been enhanced through the implementation of these methods .Keywords: high-frequency switching power supply,EMC, EMI, suppression 目 錄1引言42什么是電磁兼容性43電磁干擾的危害54電磁干擾三要素65高頻開關(guān)電源的組

5、成及其特點(diǎn)65.1高頻開關(guān)電源的組成 65.2高頻開關(guān)電源的特點(diǎn) 76高頻開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生87高頻開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì) 97.1輸入端濾波器的設(shè)計(jì) 97.2輻射EMI的抑制措施 117.3傳導(dǎo)干擾的解決方法 127.4接地技術(shù)的應(yīng)用 137.5減小脈沖變壓器的漏感及分布電容 147.6屏蔽技術(shù) 147.7電路技術(shù)和印制電路板技術(shù) 15結(jié)束語(yǔ)16參考文獻(xiàn)17致謝181、引言目前，在計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備、通信、自動(dòng)控制、家用電器等領(lǐng)域中大量使用高頻開關(guān)電源，但高頻開關(guān)電源的突出缺點(diǎn)是能產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾（Electro Magnetic Interference,EMI），電磁兼容性問(wèn)題已經(jīng)

6、形成一門新的學(xué)科。由于高頻開關(guān)電源的一次整流橋是非線性器件，其形成的電流是嚴(yán)重失真的正弦半波，含有豐富的高次諧波，形成了一系列連續(xù)、動(dòng)脈和瞬變干擾。因此，在高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)中必須考慮電磁兼容性（Elctro Magnetic Compatibility,EMC）的設(shè)計(jì)。EMI信號(hào)既具有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射后會(huì)污染電磁環(huán)境，對(duì)通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。如果處理不當(dāng)，開關(guān)電源本身就會(huì)變成一個(gè)干擾源。目前，電子產(chǎn)品的電磁兼容性（EMC）日益受到重視，抑制開關(guān)電源的EMI，提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量，使之符合EMC標(biāo)準(zhǔn)，已成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題。本文就高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)中的

7、電磁兼容性問(wèn)題進(jìn)行了探討。電磁兼容的中心課題是研究控制和消除電磁干擾，使電子設(shè)備或系統(tǒng)與其它設(shè)備聯(lián)系在一起工作時(shí)，不引起設(shè)備或系統(tǒng)的任何部分的工作性能的惡化或降低。一個(gè)設(shè)計(jì)理想的電子設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)該既不輻射任何不希望的能量，又應(yīng)該不受任何不希望有的能量的影響。2、什么是電磁兼容性 電磁兼容性（EMC）是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中符合要求運(yùn)行并不對(duì)其環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生無(wú)法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個(gè)方面的要求：一方面是指設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中對(duì)所在環(huán)境產(chǎn)生的電磁干擾不能超過(guò)一定的限值；另一方面是指器具對(duì)所在環(huán)境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。研究電磁兼容的目的是為

8、了保證電器組件或裝置在電磁環(huán)境中能夠具有正常工作的能力，以及研究電磁波對(duì)社會(huì)生產(chǎn)生活和人體健康造成危害的機(jī)理和預(yù)防措施。電磁兼容是與電磁環(huán)境密切相關(guān)的一門綜合性極強(qiáng)的邊緣科學(xué)。主要以電氣、電子科學(xué)理論為基礎(chǔ)，研究并解決各類電磁污染問(wèn)題。其他理論基礎(chǔ)包括數(shù)學(xué)、電磁場(chǎng)微波理論、天線與電波傳播、電路理論、信號(hào)分析、通訊理論、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、電子對(duì)抗、通信地質(zhì)工程等等，可以說(shuō)電磁兼容技術(shù)是一個(gè)正在不斷發(fā)展的新型綜合性學(xué)科，也是一門工程性極強(qiáng)的應(yīng) 用技術(shù)。 電磁兼容技術(shù)有兩個(gè)特點(diǎn)：a、涉及范圍較廣，包括自然界中各種電氣、電磁干擾，以及各種電器、電子設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝和各系統(tǒng)之間的電磁干擾等；b、技術(shù)難

9、度大，因?yàn)楦蓴_源日益增多，傳播的途徑也是多種多樣的，在軍工、電力、通訊、交通和工礦企業(yè)普遍存在電磁干擾問(wèn)題3。電磁干擾對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備是非常有害的，在電力系統(tǒng)供電網(wǎng)絡(luò)中，用戶的大功率電弧爐產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷，倘若在設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮電磁兼容問(wèn)題，將有可能給電網(wǎng)造成很大沖擊，會(huì)增加電網(wǎng)電磁場(chǎng)對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備和用戶電器設(shè)備可能帶來(lái)的潛在危害。3、電磁干擾的危害隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們?cè)谏a(chǎn)及生活中使用的電氣及電子設(shè)備的數(shù)量越來(lái)越多,這些設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí),往往要產(chǎn)生一些有用或無(wú)用的電磁能量,這些能量會(huì)影響其他設(shè)備或系統(tǒng)的工作,這就是電磁干擾。電磁干擾造成的各種損失是通過(guò)電子裝置有效性能或技術(shù)指標(biāo)下降來(lái)體現(xiàn)的。電子裝

10、置(設(shè)備)在電磁干擾作用下的表現(xiàn)是多種多樣的，下面僅就常見的幾種作簡(jiǎn)要介紹。(1) 話音系統(tǒng)無(wú)線和有線電話，受到電磁干擾會(huì)使信號(hào)發(fā)生畸變失真，嚴(yán)重時(shí)可完全被電磁干擾淹沒(méi)。電磁干擾使語(yǔ)言清晰度變壞。電磁干擾越強(qiáng)，信噪比越小，語(yǔ)言清晰度越差。(2) 圖像顯示系統(tǒng)雷達(dá)顯示器、傳真、電視、圖示和字母數(shù)字讀出器等圖像顯示系統(tǒng)，在電磁干擾作用下會(huì)變得模糊并出現(xiàn)差錯(cuò)。輕微干擾也會(huì)使圖像質(zhì)量變差、清晰度變低和誤差變大。而出現(xiàn)嚴(yán)重干擾時(shí)則根本無(wú)法判讀和觀看。例如，一名技術(shù)熟練的雷達(dá)員，在顯示器上進(jìn)行目標(biāo)測(cè)定時(shí)，輕微干擾可使該雷達(dá)員能夠發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的最大距離縮短10，嚴(yán)重電磁干擾將縮短25。如果目標(biāo)以超音速飛行，輕微

11、干擾可使雷達(dá)員發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的最大距離縮短20，嚴(yán)重干擾會(huì)縮短50，這就意味著雷達(dá)作用的距離減半。(3) 數(shù)字系統(tǒng)電磁干擾使數(shù)字系統(tǒng)誤碼率增大，降低了信息的可靠性，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤和信息丟失。由于電磁干擾的存在，無(wú)線電通信誤碼率只能維持在105水平(一般數(shù)據(jù)傳輸誤碼率在107水平，電子計(jì)算機(jī)內(nèi)總數(shù)據(jù)傳輸誤碼率在1012水平)。例如，一個(gè)典型的相干檢測(cè)二進(jìn)制系統(tǒng)，載波噪聲比和載波干擾比都是15dB時(shí)，誤碼率約為1012。若載波噪聲比下降3dB，誤碼率將會(huì)下降到108。(4) 指針式儀表系統(tǒng)傳統(tǒng)電子設(shè)備和儀器儀表中有許多是指針式的。電磁干擾會(huì)使指針指示錯(cuò)誤、抖動(dòng)和亂擺，降低系統(tǒng)使用功能。例如，殲六飛機(jī)的

12、無(wú)線電羅盤，由于電磁干擾使羅盤接收機(jī)輸出噪聲增加一倍時(shí)，不僅羅盤指針指示超差，而且羅盤作用距離也將縮短三分之一，直接危及飛機(jī)航行的安全。(5) 控制系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)受到電磁干擾時(shí)，可能出現(xiàn)失控、誤控或誤動(dòng)作，使控制系統(tǒng)的可靠性和有效性降低，并危及安全。控制系統(tǒng)中除靈敏電子設(shè)備、裝置和電路對(duì)電磁干擾敏感外，靈敏電機(jī)、電器(如低壓電磁開關(guān)、繼電器、微型電機(jī)等)也對(duì)電磁干擾十分敏感而成為電磁干擾接受器。 另外，雷電和靜電放電的危害，也屬電磁危害范疇，其危害的嚴(yán)重性是人們多有體會(huì)和認(rèn)識(shí)的。4 電磁干擾的三要素 電磁干擾源產(chǎn)生的電磁干擾，在一定條件下，依據(jù)一定的耦合方法，到達(dá)敏感設(shè)備，從而對(duì)敏感設(shè)備的工

13、作產(chǎn)生影響。電磁干擾影響電子設(shè)備的機(jī)理雖然與傳染病對(duì)人類危害的機(jī)理不同，但有一定的可比性。理論和實(shí)驗(yàn)的研究表明，不管復(fù)雜系統(tǒng)還是簡(jiǎn)單裝置，任何一個(gè)電磁干擾的發(fā)生必須具備3個(gè)基本條件：首先應(yīng)該具有干擾源；其次有傳播干擾能量的途徑（或通道）；第三還必須有敏感器件4。在電磁兼容性理論中把被干擾對(duì)象統(tǒng)稱為敏感設(shè)備（或敏感器）。因此干擾源、干擾傳播途徑（或傳播通道）和敏感設(shè)備稱為電磁干擾的三要素。在實(shí)際工作中，為了分析和設(shè)計(jì)用電設(shè)備的電磁兼容性，或?yàn)榱伺懦姶鸥蓴_故障，首先必須分清干擾源、干擾途徑和敏感設(shè)備3個(gè)基本要素，干擾源和干擾途徑尤其難以尋找和鑒別。在簡(jiǎn)單系統(tǒng)中，干擾源和干擾途徑較容易確定，例如家

14、用電吹風(fēng)機(jī)工作時(shí)，使電視機(jī)屏幕出現(xiàn)“雪花”干擾。其中吹風(fēng)機(jī)內(nèi)電動(dòng)機(jī)電刷的火花放電是干擾源；火花放電輻射的電磁波通過(guò)空間傳播到電視機(jī)天線回路被接收，空間輻射耦合是傳播途徑；電視機(jī)是敏感設(shè)備，因此干擾也就比較容易排除。然而在現(xiàn)代電子設(shè)備的復(fù)雜系統(tǒng)中，干擾源和干擾途徑并不那么一目了然。有時(shí)一個(gè)原器件，它既是干擾源，同時(shí)又被其他信號(hào)干擾；有時(shí)一個(gè)電路有許多個(gè)干擾源同時(shí)作用，難分主次；有時(shí)干擾途徑來(lái)自幾個(gè)渠道，既有傳道耦合，又有輻射耦合，令人眼花繚亂。正因?yàn)榇_定電磁干擾三要素的復(fù)雜性和艱巨性，才使電磁兼容技術(shù)日益受到重視。5、高頻開關(guān)電源的組成及其特點(diǎn) 5.1高頻開關(guān)電源的組成如圖1所示，它由以下幾個(gè)部

15、分組成： 1）主電路輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。 2）控制電路一方面從輸出端取樣，經(jīng)與設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其頻率或脈寬，達(dá)到輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測(cè)試電路提供的資料，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對(duì)整機(jī)進(jìn)行各種保護(hù)措施。 3）檢測(cè)電路除了提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)外，還提供各種顯示儀表資料。

16、 4）輔助電源 提供所有單一電路的不同要求電源1。輸入濾波整流濾波逆變輸出整流濾波輔助電源控制電路保護(hù)動(dòng)作電路檢測(cè) 市電 直流輸出 （交流） 圖1 開關(guān)電源的組成框圖 5.2高頻開關(guān)電源特點(diǎn)（）重量輕，體積小由于采用高頻技術(shù)，去掉了工頻（50Hz）變壓器，與相控整流器相比較，在輸出同等功率的情況下，開關(guān)整流器的體積只是相控整流器的1/10，重量也接近1/10。（）功率因數(shù)高相控整流器的功率因數(shù)隨可控硅導(dǎo)通角的變化而變化，一般在全導(dǎo)通時(shí)，可接近0.7以上，而小負(fù)載時(shí)，僅為0.3左右。經(jīng)過(guò)校正的開關(guān)電源功率因數(shù)一般在0.93以上，并且基本不受負(fù)載變化的影響。（）可聞噪聲低在相控整流設(shè)備中，工頻變壓

17、器及濾波電感工作時(shí)產(chǎn)生的可聞噪聲大，一般大于 60dB，而開關(guān)電源在無(wú)風(fēng)扇的情況下可聞噪聲僅為 45dB左右。（）效率高開關(guān)電源采用的功率器件一般功耗較小，帶功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)拈_關(guān)電源其整機(jī)效率可達(dá)88%以上，較好的可以做到91%以上。（）沖擊電流小開機(jī)沖擊電流可限制在額定輸入電流的水平。（）模塊式結(jié)構(gòu)由于體積小、重量輕，可設(shè)計(jì)為模塊式結(jié)構(gòu)。6、高頻開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生 61 一次整流器 一次整流器的整流過(guò)程是產(chǎn)生EMI最常見的原因。這是因?yàn)楣ゎl交流正弦波電源通過(guò)整流后變成單向脈動(dòng)電源已不再是單一頻率的電流，此電流可分解為一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量之和諧波(特別是高次諧波)會(huì)沿著輸電線

18、路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾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(guò)電源線產(chǎn)生射頻干擾。 6.2 開關(guān)管與二次整流管 開關(guān)管、二次整流管高頻通斷時(shí)所產(chǎn)生的電壓、電流變化率dvdt、didt是具有較大輻度的脈沖。頻帶較寬且諧波豐富是一個(gè)很強(qiáng)的干擾源。開關(guān)管是開關(guān)電源的核心器件同時(shí)也是干擾源。其工作頻率直接與電磁干擾的強(qiáng)度相關(guān)。隨著開關(guān)管的工作頻率升高，開關(guān)管電壓、電流的切換速度加快,其傳導(dǎo)干擾和輻射干擾也隨之增加。 63 高頻開關(guān)變壓器 開關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈，在開關(guān)管導(dǎo)通瞬間，初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流，并出現(xiàn)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

19、分能量沒(méi)有傳輸?shù)酱渭?jí)線圈，而是通過(guò)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，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。 另外，高頻變壓器初級(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)路可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾。如果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)到交流電源中形成傳導(dǎo)干擾。需要注意的是，二極管整流電路產(chǎn)生的電磁干擾中，整流二極管反向恢復(fù)電流的|di/dt|遠(yuǎn)比續(xù)流二極管反向恢復(fù)電流的|di/dt|大得多。作為電磁干擾源來(lái)研究，整流

20、二極管反向恢復(fù)電流形成的干擾強(qiáng)度大，頻帶寬。但是，整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠(yuǎn)小于功率開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。因此，不計(jì)整流二極管產(chǎn)生的|dv/dt|和|di/dt|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)研究也是可以的。 6.4 控制電路引起的電磁干擾 控制電路中周期性的高頻脈沖信號(hào)。如振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號(hào)等將產(chǎn)生高頻高次諧波對(duì)周圍電路產(chǎn)生電磁干擾。 6.5 雜散參數(shù)影響產(chǎn)生的電磁干擾 在傳導(dǎo)干擾頻段多數(shù)開關(guān)電源干擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述的。但是，在開關(guān)電源中的任何一個(gè)實(shí)際元器件如電阻器、電容器、電感器乃至開關(guān)管、二極管都包含有雜散參數(shù)，且研究的頻帶愈寬，等值

21、電路的階次愈高因此包括各元器件雜散參數(shù)和元器件間的耦合在內(nèi)的開關(guān)電源的等效電路將復(fù)雜得多。在高頻時(shí)雜散參數(shù)對(duì)耦合通道的特性影響很大分布電容的存在成為電磁干擾的通道。另外，在開關(guān)管功率較大時(shí),集電極一般都需加上散熱片,散熱片與開關(guān)管之間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略,它能形成面向空間的輻射干擾和電源線傳導(dǎo)的傳導(dǎo)干擾8。 7、高頻開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì) 目前大多數(shù)電子產(chǎn)品都選用開關(guān)電源供電，以節(jié)省能源和提高工作效率；然而，開關(guān)電源自身產(chǎn)生的各種噪聲卻形成了一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源。這些干擾隨著開關(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，下面我以開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)

22、計(jì)過(guò)程進(jìn)行分析。抑制開關(guān)電源的噪聲可以采取很多措施，下文將對(duì)抑制開關(guān)電源的噪聲的方法做簡(jiǎn)單介紹。7.1輸入端濾波器的設(shè)計(jì) 開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲包含共模噪音和差模噪音。共模干擾是由于載流導(dǎo)體與大地之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的；而差模干擾則是由于載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。通常，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時(shí)存在的。為此應(yīng)在電源輸入端加濾波器，濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配，失配越厲害，實(shí)現(xiàn)的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說(shuō)，如果噪音源內(nèi)阻是低阻抗的，則與之對(duì)接的EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是高阻抗(如電感量很大的串

23、聯(lián)電感)；如果噪音源內(nèi)阻是高阻抗的，則EMI濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是低阻抗(如容量很大的并聯(lián)電容)。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會(huì)互相轉(zhuǎn)變，情況十分復(fù)雜。典型的EMI濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的抑制電路，如圖2所示1。 圖2 電源濾波器 圖中：差模抑制電容Cx1，Cx 20.10.47F； 差模抑制電感L1，L2 100130H； 共模抑制電容Cy1，Cy2 10000pF； 共模抑制電感L 1525mH。 插入損耗的定義如圖3所示，當(dāng)沒(méi)接濾波器時(shí)，信號(hào)源輸出電壓為V1，當(dāng)濾波器接入后，在濾波器輸出端測(cè)得信號(hào)源的電壓為V2。若信號(hào)源輸出阻抗與接收機(jī)輸入阻抗相等，都是50，則濾

24、波器的插入損耗為 IL=20log（2） 設(shè)計(jì)時(shí)，必須使共模濾波電路和差模濾波電路的諧振頻率明顯低于開關(guān)電源的工作頻率，一般要低于10kHz，即f=10kHz。 接收機(jī)信號(hào)源濾波器接收機(jī)信號(hào)源 V1 圖3插入損耗的定義 圖4是差模與共模干擾的示意圖1。 （a） 共模干擾 （b）共模干擾 圖4 差模與共模干擾示意圖 在實(shí)際使用中，由于設(shè)備所產(chǎn)生的共模和差模的成分不一樣，所以，濾波電路可適當(dāng)增加或減少濾波元件。具體電路的調(diào)整一般要經(jīng)過(guò)EMI試驗(yàn)后才能有滿意的結(jié)果，安裝濾波電路時(shí)一定要保證接地良好，并且輸入端和輸出端要良好隔離，否則，起不到濾波的效果。 圖5是兩種濾波電路(a) 濾波電路1（b）濾波

25、電路2 圖5兩種濾波電路 7.2輻射EMI的抑制措施 要降低輻射干擾，可應(yīng)用電壓緩沖電路，如在開關(guān)管兩端并聯(lián)RCD緩沖電路，或電流緩沖電路，如在開關(guān)管的集電極上串聯(lián)2080H的電感。 功率開關(guān)管的集電極是一個(gè)強(qiáng)干擾源，開關(guān)管的散熱片應(yīng)接到集電極上，以確保集電極與散熱片之間由于分布電容而產(chǎn)生的電流流入主電路中。為減少散熱片和機(jī)殼之間的分布電容，散熱片應(yīng)盡量遠(yuǎn)離機(jī)殼，如有條件的話，可采用有屏蔽措施的散熱片。整流二極管應(yīng)采用恢復(fù)電荷小，且反向恢復(fù)時(shí)間短的，如肖特基管，最好是選用反向恢復(fù)呈軟特性的。另外，在肖特基管兩端套磁珠和并聯(lián)RC吸收網(wǎng)絡(luò)均可減少干擾，電阻、電容的取值可為幾和數(shù)千pF，電容引線應(yīng)盡

26、可能短，以減少引線電感。 負(fù)載電流越大，二極管反向恢復(fù)的時(shí)間也越長(zhǎng)，則尖峰電流的影響也越大。采用多個(gè)二極管并聯(lián)來(lái)分擔(dān)，可以降低短路尖峰電流的影響。 開關(guān)電源必須屏蔽，采用模塊式全密封結(jié)構(gòu)，一般用1mm以上厚度的鍍鋅鋼板，屏蔽層必須良好接地。在高頻脈沖變壓器初、次級(jí)之間加一屏蔽層并接地，可以抑制干擾的電場(chǎng)耦合。將高頻脈沖變壓器、輸出濾波電感等磁性元件加上屏蔽罩，可以將磁力線限制在磁阻小的屏蔽體內(nèi)。 例如,對(duì)輻射干擾超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值20dB的某開關(guān)電源，采用了如下一些在實(shí)驗(yàn)室容易實(shí)現(xiàn)的措施進(jìn)行了改進(jìn)： 1）在所有整流二極管兩端并聯(lián)470pF電容； 2）在開關(guān)管G極的輸入端并聯(lián)50pF電容，與原有的39

27、電阻形成一RC低通濾波器； 3）在各輸出濾波電容(電解電容)上并聯(lián)0.01F電容；4）在整流二極管管腳上套一小磁珠；5）改善屏蔽體的接地。經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)后，該電源就可以通過(guò)輻射干擾測(cè)試的限值要求。7.3傳導(dǎo)干擾的解決方法 開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾通過(guò)輸入電源線向外傳播，既有差模干擾、又有共模干擾。傳導(dǎo)干擾的測(cè)試頻率范圍為0.1530MHz。在0.151MHz的頻率范圍內(nèi)，干擾主要以共模的形式存在，在110MHz的頻率范圍內(nèi)，干擾的形式是差模和共模共存，在10MHz以上，干擾的形式主要以共膜為主。差模干擾的產(chǎn)生主要是由于開關(guān)管工作在開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)開關(guān)管開通時(shí)，流過(guò)電源線的電流線性上升，開關(guān)管關(guān)斷時(shí)電流突變

28、為零，因此，流過(guò)電源線的電流為高頻的三角脈動(dòng)電流，含有豐富的高頻諧波分量，隨著頻率的升高，該諧波分量的幅度越來(lái)越小，因此差模干擾隨頻率的升高而降低，輸出回路的濾波電路如圖6所示，電容C5與電感L3組成低通濾波器，差模傳導(dǎo)干擾主要存在低頻率段。圖6 輸出回路的濾波電路 產(chǎn)生共模干擾的主要原因是電源與大地（保護(hù)地）之間存在分布電容，電路中方波電壓的高頻諧波分量通過(guò)分布電容傳入大地，與電源線構(gòu)成回路，產(chǎn)生共模干擾。如圖6所示，L、N為電源輸入，C1、C2、C3、C4、C5、L1、L2組成輸入EMI濾波器，DB1為整流橋，VT2為開關(guān)管，開關(guān)管安裝在散熱器上時(shí)，開關(guān)管的D極與散熱器相連，與散熱器之間形

29、成一個(gè)耦合電容，如圖6中的C7所示，VT2工作在開關(guān)狀態(tài)，其D極的電壓為高頻方波，方波的頻率為開關(guān)管的開關(guān)頻率，方波中的各次諧波就會(huì)通過(guò)耦合電容、L、N電源線構(gòu)成回路，產(chǎn)生共模干擾。電源與大地的分布電容比較分散，難以估算，但從圖6來(lái)看，VT2的D極與散熱器之間耦合電容的作用最大，從DB1到電感L3之間的電壓為100Hz，而從L3到VD1和VT2的D極之間的連線的電壓均為方波電壓，含有大量的高次諧波。其次L3的影響也比較大，但L3與機(jī)殼的距離比較遠(yuǎn)，分布電容比開關(guān)管和散熱器之間的耦合電容小得多，因此，我們主要考慮開關(guān)管與散熱器之間的耦合電容。7.4 接地技術(shù)的應(yīng)用接地是電子設(shè)備的一個(gè)很重要問(wèn)題。

30、接地目的有三個(gè)：（1）接地使整個(gè)電路系統(tǒng)中的所有單元電路都有一個(gè)公共的參考零電位，保證電路系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作。（2）防止外界電磁場(chǎng)的干擾。機(jī)殼接地可以使得由于靜電感應(yīng)而積累在機(jī)殼上的大量電荷通過(guò)大地泄放，否則這些電荷形成的高壓可能引起設(shè)備內(nèi)部的火花放電而造成干擾。另外，對(duì)于電路的屏蔽體，若選擇合適的接地，也可獲得良好的屏蔽效果。（3）保證安全工作。當(dāng)發(fā)生直接雷電的電磁感應(yīng)時(shí)，可避免電子設(shè)備的毀壞；當(dāng)工頻交流電源的輸入電壓因絕緣不良或其它原因直接與機(jī)殼相通時(shí)，可避免操作人員的觸電事故發(fā)生。此外，很多醫(yī)療設(shè)備都與病人的人體直接相連，當(dāng)機(jī)殼帶有110V或220V電壓時(shí)，將發(fā)生致命危險(xiǎn)6。因此，接地是抑

31、制噪聲防止干擾的主要方法。接地可以理解為一個(gè)等電位點(diǎn)或等電位面，是電路或系統(tǒng)的基準(zhǔn)電位，但不一定為大地電位。為了防止雷擊可能造成的損壞和工作人員的人身安全，電子設(shè)備的機(jī)殼和機(jī)房的金屬構(gòu)件等，必須與大地相連接，而且接地電阻一般要很小，不能超過(guò)規(guī)定值。電路的接地方式基本上有三類，即單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。單點(diǎn)接地是指在一個(gè)線路中，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為接地參考點(diǎn)。其它各個(gè)需要接地的點(diǎn)都直接接到這一點(diǎn)上。多點(diǎn)接地是指某一個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)接地點(diǎn)都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長(zhǎng)度最短。接地平面，可以是設(shè)備的底板，也可以是貫通整個(gè)系統(tǒng)的地導(dǎo)線，在比較大的系統(tǒng)中，還可以是設(shè)備的結(jié)構(gòu)框架等等

32、?；旌辖拥厥菍⒛切┲恍韪哳l接地點(diǎn)，利用旁路電容和接地平面連接起來(lái)。但應(yīng)盡量防止出現(xiàn)旁路電容和引線電感構(gòu)成的諧振現(xiàn)象。7.5 減小脈沖變壓器的漏感及分布電容對(duì)于一個(gè)符合絕緣及安全性標(biāo)準(zhǔn)的脈沖變壓器，其漏感量應(yīng)為次級(jí)開路時(shí)初級(jí)電感量的13。在磁芯結(jié)構(gòu)尺寸、繞線匝數(shù)一定的情況下，線圈的繞組排列是減小漏感的重要因素，繞組應(yīng)按同心方式排列，全部用漆包線繞制，留有安全邊距，且在次級(jí)繞組與反饋繞組之間加上強(qiáng)化絕緣層。對(duì)于多路輸出的開關(guān)電源，輸出功率最大的那個(gè)次級(jí)繞組應(yīng)靠近初級(jí)，以增加耦合，減小磁場(chǎng)泄漏。當(dāng)次級(jí)匝數(shù)很少時(shí)，為了增加與初級(jí)的耦合，宜采用多股線平行并繞方式均勻分布在整個(gè)骨架上，以增加覆蓋面積。在條

33、件允許的情況下，用箔繞組作為次級(jí)也是增加耦合的一種好辦法。在開關(guān)電源的工作過(guò)程中，繞組的分布電容反復(fù)被充、放電，不僅使電源效率降低, ，它還與繞組的分布電感構(gòu)成LC振蕩器，會(huì)產(chǎn)生振鈴噪聲。初級(jí)繞組分布電容的影響尤為顯著。為減小分布電容，應(yīng)盡量減小每匝導(dǎo)線的長(zhǎng)度，并將初級(jí)繞組的始端接漏極，利用一部分初級(jí)繞組起到屏蔽作用，減小相鄰繞組的分布參數(shù)耦合程度。7.6 屏蔽技術(shù) 抑制輻射噪聲的有效方法是屏蔽,目的是切斷電磁波的傳播途徑用電磁屏蔽的方法解決電磁干擾問(wèn)題而不會(huì)影響電路的正常工作。開關(guān)電源電路中使用的屏蔽技術(shù)主要是屏蔽開關(guān)電源內(nèi)部的振蕩器和功率變換器所產(chǎn)生的高頻電磁波使它不能通過(guò)開關(guān)電源電路中的

34、變壓器、電感、電容、電阻、引線以及PCB電路板等環(huán)節(jié)傳播和輻射出去，污染環(huán)境和干擾周圍的其他用電系統(tǒng)的正常使用。 (1)軟屏蔽技術(shù)。所謂軟屏蔽技術(shù)就是開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)者們?cè)谶M(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)采取有效的電路技術(shù)(如共模濾波器技術(shù)、差模濾波器技術(shù)等)，一方面將開關(guān)電源內(nèi)部的高頻電磁波對(duì)外部的傳播和輻射抑制和濾除到最小程度以免影響周圍的其他電子設(shè)備、電子儀器和電子儀表的正常工作，同時(shí)也不污染工頻電網(wǎng)：另一方面將輸入工頻電網(wǎng)的雜散電磁波也抑制和濾除到最小程度,以免影響開關(guān)電源電路的正常工作。 (2)硬屏蔽技術(shù)。所謂硬屏蔽技術(shù)就是開關(guān)電源的設(shè)計(jì)者在將開關(guān)電源設(shè)計(jì)和調(diào)試完成后設(shè)計(jì)一個(gè)屏蔽罩，其作用是：一方面

35、將軟屏蔽后開關(guān)電源所殘留的電磁輻射的雜散電磁波噪聲對(duì)環(huán)境以及周圍的用電系統(tǒng)的影響和干擾盡可能的屏蔽掉：另一方面不讓外部的雜散電磁波輻射到開關(guān)電源電路中,影響和干擾開關(guān)電源電路的正常工作5。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。屏蔽外殼的引入、引出線處要采取濾波措施。對(duì)于電場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼一定要接地。對(duì)于磁場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼不需接地。7.7 電路技術(shù)和印制電路板技術(shù)有時(shí)候采用屏蔽后仍不能滿足抑制和防止干擾的要求，可以結(jié)合屏蔽，采取平衡措施等電路技術(shù)。平衡電路是指雙線電路中的兩根導(dǎo)線與連接到這兩根導(dǎo)線的所有電路，對(duì)地或?qū)ζ渌鼘?dǎo)線都具有相同的阻抗。其目的在于使兩根導(dǎo)線所檢拾到的干擾信號(hào)相等。這時(shí)的干擾噪聲是一個(gè)共態(tài)信號(hào)，可在負(fù)載上自行消