開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù).

1、中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室2001廣州新世紀(jì)電磁兼容安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研討會 開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室 安全與電磁兼容檢測中心：朱文立 中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 1. 前言n 與傳統(tǒng)的穩(wěn)壓電源相比，開關(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)、計算機(jī)及外圍設(shè)備、通信、自動控制、家用電器等領(lǐng)域。n 然而，開關(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)會通過傳導(dǎo)和輻射對周圍設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，污染電磁環(huán)境，成為一個很強(qiáng)的電磁干擾源。n 這些干擾隨著開關(guān)頻率的提高、

2、輸出功率的增大而明顯地增強(qiáng)，對電子設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成了潛在的威脅。n 如何抑制開關(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，已成為拋開沉重的線性電源換用輕便的開關(guān)電源的產(chǎn)品設(shè)計者們面對的首要問題。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2. 開關(guān)電源工作原理及電磁騷擾的來源n與傳統(tǒng)的線性電源相比開關(guān)電源具有無可比擬的優(yōu)點(diǎn)，但是開關(guān)電源為什么仍然無法完全取代線性電源呢？n一方面，開關(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，限制了其在低價位電子產(chǎn)品上的應(yīng)用；n另一方面，即使經(jīng)過精心設(shè)計，與線性電源相比開關(guān)電源自身仍會產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁騷擾，這不

3、僅會干擾所供電的設(shè)備，而且也會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。n首先，我們就從這兩個方面著手了解開關(guān)電源。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.1 開關(guān)電源的工作原理n 開關(guān)電源種類很多：n按驅(qū)動方式有自激式、他激式；n按隔離方式有光耦隔離型、變壓器隔離型、非隔離型；n按變換方式有降壓型、升壓型，極性反轉(zhuǎn)型、開關(guān)電容型、諧振型；n按控制方式有脈寬控制方式、磁放大器控制方式等。n 實(shí)際的開關(guān)電源種類很多，電路千差萬別，但基本結(jié)構(gòu)大同小異，其工作原理框圖見圖1，實(shí)際電路組成可能有部分取舍。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 圖1 開關(guān)電源原

4、理框圖中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.1 開關(guān)電源的工作原理（續(xù)一）n 開關(guān)電源的核心是一種DC/DC轉(zhuǎn)換器。n 對交流輸入電壓首先經(jīng)過一次整流濾波后變成直流，然后送到DCDC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，對直流輸入電壓，則無須一次整流濾波部分。n 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。n 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)頻率來穩(wěn)定直流輸出。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2 電磁騷擾的產(chǎn)生n由開關(guān)電源的工作原理我們可以知道，開關(guān)電

5、源都是利用半導(dǎo)體器件的高速通斷的來實(shí)現(xiàn)電壓變換的，并以開和關(guān)的時間比來控制輸出電壓的高低。n由于它通常在20kHz以上的開關(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。n它們不但通過輸入、輸出電源線以共?；虿钅７绞较蛲鈧鲗?dǎo)，同時還向周圍空間輻射。n下面我們對開關(guān)電源的內(nèi)部的主要騷擾來源及傳播途徑進(jìn)行分析。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2 電磁騷擾的產(chǎn)生（續(xù)一）n開關(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，開關(guān)脈沖的形成和控制電路中的高頻矩形脈沖

6、含有豐富的高次諧波也會產(chǎn)生電磁騷擾。n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，經(jīng)由開關(guān)電源中的二級管和晶體管在非線性的工作過程產(chǎn)生躍變電壓和電流，通過高頻變壓器、儲能電感線圈、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。n下面就圖2所示的基本開關(guān)電源電路對其產(chǎn)生電磁騷擾的機(jī)理進(jìn)行分析。 中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 圖2 開關(guān)電源原理示意圖 中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2.1 整流濾波產(chǎn)生的電磁騷擾n基本整流濾波電路的整流過程是產(chǎn)生電磁騷擾最常見的原因。n因?yàn)檎也ㄍㄟ^整流器后

7、不再是單一頻率的電流，而是變成單向脈動電源，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。n實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，較高的諧波(特別是高次諧波)會沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2.1 整流濾波產(chǎn)生的電磁騷擾（續(xù)一）n a）一次整流回路產(chǎn)生的電磁騷擾n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。n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值超過C1的端電壓時導(dǎo)通，電流從電源輸入側(cè)流入，其余時間，BR1截止，無電流通過。n該電路在交流電壓波形最高點(diǎn)上相對于供電電壓較小的導(dǎo)電角對電容器充電引

8、起交流電流以連續(xù)的窄電流脈沖形式流過輸入回路。n這種窄電流脈沖經(jīng)頻域展開，除工頻分量外還有豐富的高次諧波分量。n這是一種典型的對交流電網(wǎng)的選擇性取電，電源工作的功率因素極低。n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。n由于工頻頻率很低，其上百次諧波也不過數(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。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2.1 整流濾波產(chǎn)生的電磁騷擾（續(xù)二）n b）二次整流回路產(chǎn)生的電磁騷擾n一方面，電源在工作時，整流二極D2處于高頻通斷狀態(tài)，由脈沖變壓器次級線圈L2、整流二極管D2和濾

9、波電容C2構(gòu)成了高頻開關(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。n另一方面，二極管D2在正向?qū)〞rPN結(jié)內(nèi)的電荷被積累，二極管加反向電壓時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在開關(guān)轉(zhuǎn)換時頻率很高，即由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r間很短。在短時間內(nèi)要讓存儲電荷消失就產(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。n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，它們還可能通過內(nèi)部電

10、路的相互感應(yīng)轉(zhuǎn)化成輸入、輸出端的共模騷擾及通過空間向外傳播輻射騷擾。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2.2 開關(guān)回路產(chǎn)生的電磁騷擾n對開關(guān)電源來說，開關(guān)回路產(chǎn)生的電磁騷擾是其騷擾最直接和最主要的來源。n開關(guān)回路是開關(guān)電源的核心，主要由開關(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。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2.2 開關(guān)回路產(chǎn)生的電磁騷擾（續(xù)一）n產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要原因是：na）開關(guān)管T的負(fù)載為高頻變壓器初級線圈L1，是感性負(fù)載。在開關(guān)管T導(dǎo)通瞬間，L1出現(xiàn)很大的電流，并在T的兩端會出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓，在

11、開關(guān)管T斷開瞬間，由于L1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產(chǎn)生與L1接通時一樣的磁化沖擊電流瞬變，這個噪聲會傳導(dǎo)到輸入輸出端去形成傳導(dǎo)騷擾，重者有可能擊穿開關(guān)管及該回路其它部件。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2.2 開關(guān)回路產(chǎn)生的電磁騷擾（續(xù)二）nb）脈沖變壓器初級L1、開關(guān)管T和濾波電容C1構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能會產(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上的高頻阻抗會使高頻電流

12、以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中去形成傳導(dǎo)騷擾。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2.3 開關(guān)控制回路產(chǎn)生的電磁騷擾n開關(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。n它一方面有可能通過不良的接地及高頻感應(yīng)向外傳遞形成電磁騷擾；n另一方面，該脈沖信號中的高頻諧波會經(jīng)過開關(guān)回路的放大和傳遞形成電磁騷擾。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2.4 分布電容成為電磁騷擾傳遞的通道n a）由于開關(guān)管T一般功率都較大，所以在開關(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

13、絕緣墊片。 散熱片K與開關(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在高頻時不能忽略。 開關(guān)回路的高頻開關(guān)電流會通過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PE線的阻抗不平衡，則電源線傳導(dǎo)共模騷擾還會轉(zhuǎn)變成差模騷擾。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 2.2.4 分布電容成為電磁騷擾傳遞的通道 (續(xù)一)n 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

14、模騷擾。 如二線對地阻抗不平衡，該傳導(dǎo)共模騷擾還會轉(zhuǎn)變成差模騷擾。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 3. 電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)對開關(guān)電源的要求 n 由于開關(guān)電源應(yīng)用很廣泛，當(dāng)它應(yīng)用在不同的產(chǎn)品中對應(yīng)的電磁兼容測試標(biāo)準(zhǔn)和測試項(xiàng)目是各不相同的。n 這些標(biāo)準(zhǔn)五花八門，測試項(xiàng)目也各不相同，但對開關(guān)電源本身的電磁兼容要求是差別不大的。n 這些不同用途的開關(guān)電源單獨(dú)測試，如果其符合GB9254-1998標(biāo)準(zhǔn)B級產(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)行測量時一般也會符合要求。n 這兒我們主要介紹開關(guān)電源按GB9254-1998測試時的測試項(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

15、家可以自行查閱。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 3.1 電源端子騷擾電壓n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。騷擾電壓限值見表一。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 3.2 輻射騷擾場強(qiáng)n本項(xiàng)目反映的是ITE向空間輻射的電磁騷擾的強(qiáng)度。輻射騷擾限值見表二。標(biāo)準(zhǔn)中的騷擾限值為10m測試距離的騷擾限值。對其他測量距離不為10m的測量值可用換算公式：L2（dB）=L1（dB）+20log(d1/d2) 進(jìn)行換算。表二: ITE輻射騷擾場強(qiáng)限值中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技

16、術(shù) 3.3 開關(guān)電源一般測試條件n 如果由交流電網(wǎng)供電，按國內(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。n 按開關(guān)電源的使用條件或使用說明的要求決定是否接地。n測試時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)行測試。n測試時開關(guān)電源及其負(fù)載裸露放置或按實(shí)際使用要求放置。n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)行測量，輻射騷擾場強(qiáng)測試一般在電波暗室或開闊場進(jìn)行。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4. 開關(guān)電源電磁騷擾的抑制措施n對開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI所采取的抑制措施，主要從兩個方面著

17、手：n一是減小騷擾源的騷擾強(qiáng)度；n二是切斷騷擾傳播途徑。n為了達(dá)到這個目的主要從以下幾個方面著手：n選擇合適的開關(guān)電源工作方式及工作頻率；n選擇合適的電路元件；n采用正確的屏蔽、接地、濾波措施;n使用合理的元件布局等幾種方法。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.1 減小騷擾源的騷擾強(qiáng)度n 4.1.1選擇合適的工作方式及工作頻率n不同種類的開關(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。n例如：自激式開關(guān)電源在負(fù)載輕重不同時不但脈沖寬度會改變，其開關(guān)頻率變化很大，這樣給克服開關(guān)脈沖騷擾和控制其傳播帶來很大難度；他激式開關(guān)電源開關(guān)頻率不變，靠改

18、變脈沖寬度來保持輸出穩(wěn)定。顯然，他激式開關(guān)電源更容易控制電磁騷擾。n隔離型開關(guān)電源比非隔離型開關(guān)電源騷擾小。n橋式整流產(chǎn)生的騷擾比其它整流方式產(chǎn)生的騷擾小。n光耦隔離比變壓器隔離的騷擾更容易控制。n對非隔離型開關(guān)電源：諧振型比極性反轉(zhuǎn)型騷擾小多了。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.1.1選擇合適的工作方式及工作頻率(續(xù)一)n開關(guān)電源的工作頻率也與騷擾強(qiáng)度密切相關(guān)：低的開關(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大大降低。n實(shí)際設(shè)計中，我們進(jìn)行工作方式選擇時，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)試難度的同時也別忽略了考慮其電磁兼容性

19、能，這樣往往可以取到事半功倍的效果。n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。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.1.2選擇合適的電路元件n開關(guān)回路是開關(guān)電源產(chǎn)生電磁騷擾最直接和最主要來源。n在開關(guān)回路中，開關(guān)管是核心。n我們實(shí)際設(shè)計和測試中發(fā)現(xiàn)，對同一開關(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關(guān)管進(jìn)行輻射騷擾測試，整體騷擾最大的與最小的可能相差1520dB。n對傳導(dǎo)騷擾的頻率高端，我們也發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象（對傳導(dǎo)騷擾的頻率低端這種現(xiàn)象沒有高端明顯）。n這與開關(guān)管在設(shè)計中有否考慮電磁兼容有關(guān)。n好的開關(guān)管在設(shè)計中考慮到了高頻率抑制及

20、開關(guān)瞬間的震蕩并兼顧了轉(zhuǎn)換效率。這種開關(guān)管成本可能會高些。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.1.2選擇合適的電路元件（續(xù)一）n開關(guān)回路中另一關(guān)鍵部件是脈沖變壓器。n脈沖變壓器對電磁兼容的影響表現(xiàn)在兩個方面：n一個是初級線圈與次級線圈的分布電容Cd，n一個是脈沖變壓器的漏磁。n通過在初級線圈與次級線圈間加靜電屏蔽層并引出接地，該接地線盡量靠近開關(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、次級的電場的耦合騷擾。n為了減小脈沖變壓器的漏磁，可以選擇封閉磁芯（如圓環(huán)），封閉磁芯比開口磁芯的漏磁小。還可以通過在脈沖變壓器外包高磁導(dǎo)率的屏蔽材料抑

21、制漏磁。從而減小通過漏磁輻射騷擾。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.1.2選擇合適的電路元件（續(xù)二）n 開關(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。n 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。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.1.3 騷擾吸收回路n可在開關(guān)回路的開關(guān)管T兩端并聯(lián)RC吸收回路如圖3(a)所示，

22、或在開關(guān)管T兩端并聯(lián)DRC吸收回路如圖3(b)所示。nRC/DRC回路可吸收開關(guān)管T接通和斷開瞬間產(chǎn)生的較高的浪涌尖峰電壓，降低開關(guān)回路的騷擾。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.1.3 騷擾吸收回路（續(xù)一）n 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。n 可飽和磁芯線圈/微晶磁珠在通過正常電流時磁芯飽和，電感量很小，不會影響電路正常工作；一旦電流要反向流過時，它將產(chǎn)生很大的反電勢，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

23、D2的反向浪涌電流。n 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。n 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。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.1.4 一次整流回路中PFC網(wǎng)絡(luò)n 對一次整流回路，最顯著的騷擾是整流回路對交流電網(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。n 為解決這個問題，可在一次整流回路加入現(xiàn)成的PFC（功率因素控制）模塊。n 該模塊分有源和無源兩種，有源模塊效果更好，但電路復(fù)雜，成本較高。n 為了更適合所設(shè)計的產(chǎn)品，也有公司提供PFC解決方案，使其與所設(shè)計的開關(guān)電

24、源完美接合成為一體。n 對一次整流回路加入PFC電路后一般可將功率因素從0.4提升 到 0 . 9 以 上 。 可 以 使 所 設(shè) 計 的 開 關(guān) 電 源 順 利 通 過GB17625.1-1998的電流諧波測試。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2 切斷騷擾傳播途徑n 4.2.1 濾波技術(shù)n濾波技術(shù)是抑制干擾的一種有效措施，尤其是在對付開關(guān)電源EMI信號的傳導(dǎo)騷擾和某些輻射騷擾方面，具有明顯的效果。n電源線上的騷擾電路以兩種形式出現(xiàn):n一種是在火線零線回路中，其騷擾被稱為差模騷擾;n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。n差模騷擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于

25、對稱性騷擾；n共模騷擾在導(dǎo)線與地(機(jī)殼)之間傳輸，屬于非對稱性騷擾。n通常20kHz以下時，差模騷擾成分占主要部分。1MHz以上時，共模騷擾成分占主要成分。n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，還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2.1 濾波技術(shù)（續(xù)一）n因此，欲削弱傳導(dǎo)騷擾，把EMI信號控制在有關(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關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝EMI濾波器。n對開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI信號，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。

26、n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，來減小高頻騷擾；n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。n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，它對線間流動的電源電流阻抗很小，而對兩根導(dǎo)線與地之間流過的共模電流阻抗則很大。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2.1 濾波技術(shù)（續(xù)二）n 對開關(guān)電源來說，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。n 為此必須在電源入口處安裝一個低通濾波器，這個濾波器只容許設(shè)

27、備的工作頻率(50Hz,60Hz,400Hz)通過，而對較高頻率的騷擾有很大的損耗，由于這個濾波器專門用于設(shè)備電源，所以稱為電源濾波器。n 電源濾波器對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。n 對交流供電的開關(guān)電源來說，如果沒有輸入電源濾波電路，要通過電磁兼容測試是很難想象的。n 典型的交流電源濾波網(wǎng)絡(luò)見圖4所示。 中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 圖4 典型的交流電源濾波網(wǎng)絡(luò) 中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2.1 濾波技術(shù)（續(xù)三）n 共模扼流圈Lc1由兩

28、個繞在同一個高磁導(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)生的磁場相互抵消。n 這種結(jié)構(gòu)可以以較小體積獲得較大的電感值，通常110mH，并且不用擔(dān)心由于工作電流導(dǎo)致飽和。n 每個繞組的電感可以衰減相對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。n 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。n 較大的漏電感能夠提供較大的差模衰減，但付出的代價是磁芯的飽和電流降低。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2.1 濾波技術(shù)（續(xù)四）n 共模電容器Cy1和Cy2衰減共模干擾，當(dāng)Cx3很大時，這兩個電容器對差模沒有太大的影響。n Cy電容器的

29、有效性很大程度上由設(shè)備的共模源阻抗決定。n 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次級電容等決定，一般會超過1000pF。n 由Cy的分流作用提供的共模衰減一般不會超過1520dB。n 共模扼流圈是更為有效的器件。n 當(dāng)Cy受到嚴(yán)格限制時，可能需要一個以上的共模扼流圈組合（如圖4中的Lc2、Cx2）。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2.1 濾波技術(shù)（續(xù)五）n 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0.10.47F。n源和負(fù)載的阻抗可能很低，以致于電容器起不到作用。n 因此根據(jù)具體情況，可以省略一

30、只電容器。例如，一只0.1F的電容器在150kHz的頻率下，阻抗為10，而對于一個數(shù)百瓦的電源，從Cx3看到的差模源阻抗可能遠(yuǎn)低于這個值，因此在最需要這個電容的低頻段，這個Cx3的電容值幾乎沒有效果，這時Cx3可取消。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2.1 濾波技術(shù)（續(xù)六）n 在許多場合，典型結(jié)構(gòu)的濾波器不能提供滿意的衰減效果。n 例如，必須滿足最嚴(yán)格發(fā)射限制的大功率開關(guān)電源，或有較大的共模干擾耦合的場合，或需要較高的輸入瞬態(tài)抗擾度的場合。基本濾波器可以通過一些途徑來擴(kuò)展。n 附加差模扼流圈Ld1、Ld2，這是在L和N線上獨(dú)立的線圈，它們互相沒有影響，因此對差模信號呈現(xiàn)更

31、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，因此對于一定的電感量，它們更重，體積更大。n 大容量的Cx應(yīng)用一只泄放電阻R來保護(hù)，防止電源斷開時L和N線之間保持的充電電荷造成人身傷害。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2.1 濾波技術(shù)（續(xù)七）n 地線扼流圈L：這增加了安全地上共模電流的阻抗。n當(dāng)Cy不能更大，而對源的干擾又沒有其它措施時，這是唯一的一種減小輸入、輸出共模干擾的措施。n因?yàn)?，它是串?lián)在安全地上的，因此它的危險電流承受能力必須滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。n使用時要確認(rèn)沒有其它聯(lián)到設(shè)備機(jī)箱上的導(dǎo)線將其短路。n 瞬態(tài)抑制器：象

32、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。n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。n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)。這里的壓敏電阻對共模浪涌沒有抑制作用。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2.1 濾波技術(shù)（續(xù)八）n 在開關(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

33、磁場強(qiáng)度大的恒磁芯。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2.2 減小分布電容的耦合n為了防止開關(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)該減少開關(guān)管集電極和散熱片之間的耦合電容Ci。n選用低介電常數(shù)的材料作絕緣墊；n加厚墊片的厚度；n并采用靜電屏蔽的方法：一般開關(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。n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耦合

34、。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.2.2 減小分布電容的耦合（續(xù)一）n 對脈沖變壓器的初級與次級之間的耦合電容Cd，也可以用同樣的方式通過加靜電屏蔽層并就近在開關(guān)管的發(fā)射極接直流輸入的0V地（熱地）。n 該方式只能減少Cd的耦合，仍然會有部分騷擾從脈沖變壓器的初級耦合到次級形成共模騷擾。n 這時可通過在直流輸入的0V地（熱地）和直流輸出的0V地（冷地）端串接一Y電容，給通過Cd耦合到輸出端的共模騷擾一個回路，重新回到直流輸入的0V地。從而減小通過Cd耦合的共模騷擾。n 在選擇該電容時為保證通過安全測試所需的耐壓，一般由兩個Y電容串聯(lián)使用。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電

35、磁騷擾抑制技術(shù) 4.3 屏蔽n 抑制開關(guān)電源輻射騷擾的有效方法是屏蔽：用導(dǎo)電良好的材料對電場屏蔽，用導(dǎo)磁率高的材料對磁場屏蔽。n 為了防止脈沖變壓器的磁場泄露，可利用閉合環(huán)形成磁屏蔽。n 對整個開關(guān)電源要進(jìn)行電場屏蔽。n 在屏蔽的應(yīng)考慮散熱和通風(fēng)問題，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，每個孔的尺寸要盡可能小。n 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。n 屏蔽外殼引入、引出線處要采取濾波措施，否則這些線都會成為良好的騷擾發(fā)射天線，嚴(yán)重降低屏蔽外殼屏蔽效果。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.3 屏蔽（續(xù)一）n

36、對無法進(jìn)行完全屏蔽的開關(guān)電源，至少在其關(guān)鍵部位要有局部屏蔽。n電場屏蔽如果屏蔽外殼不接地就完全起不到屏蔽效果。n磁場屏蔽則無須接地。n對非嵌入的外置式開關(guān)電源的外殼進(jìn)行電場屏蔽非常重要，否則很難通過輻射騷擾測試。n對嵌入式的內(nèi)置開關(guān)電源是否采用外殼屏蔽則視其系統(tǒng)的屏蔽效能及系統(tǒng)中其他部分對電源騷擾的敏感程度而定。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.4 電路布線n 元件及電路的選擇對于控制EMI至關(guān)重要，但電路板的布局和互連也具有同等重要的影響。尤其是對于高密度、采用多層電路板的開關(guān)電源，元件的布局和走線對于電路的正常工作具有重要的影響。n 功率的切換可以在連接線上產(chǎn)生很大dV

37、/dt和di/dt的信號，它可以耦合到其它連線上造成兼容性問題。n 不過，只要在關(guān)鍵回路的布局方面多加注意，就可避免兼容性問題以及花費(fèi)很大代價去對線路板進(jìn)行修改。n 對于一個系統(tǒng)來講，輻射型和傳導(dǎo)型電磁干擾相容易區(qū)分，但具體到某塊電路板或某段導(dǎo)線，問題就變得復(fù)雜了。n 相鄰連線之間有電場的耦合，同時也通過分布電容傳導(dǎo)電流，同樣，連線之間也會象變壓器一樣通過磁場發(fā)生耦合。中國賽寶（總部）實(shí)驗(yàn)室開關(guān)電源的電磁騷擾抑制技術(shù) 4.4.1 串?dāng)_n 兩個或更多導(dǎo)體靠得比較近時，它們之間就會有容性耦合，一個導(dǎo)體中的大幅度電壓變化會向其它導(dǎo)體耦合電流。n 如果導(dǎo)體是低阻抗的，則耦合電流僅產(chǎn)生很小的電壓。n 耦合電容反比于導(dǎo)體間的距離而正比于導(dǎo)體的面積。n 減小相鄰導(dǎo)體的面積并增加它們之間的距離將有利于降低