通信開關電源的EMC分析

1、通信開關電源的emc分析 0 引言 現(xiàn)代通信，、電氣設備的正常工作都離不開電源。通信電源在通信設備中具有不行比擬的重要地位。隨著通信事業(yè)的飛快進展，手機、電話、電腦等通信工具走人人們的生活，已經(jīng)變得越來越普遍。通信設備的不斷更新，對于通信的要求也越來越高。通信開關電源具有體積小、分量輕、效率高、工作牢靠等優(yōu)點，廣泛應用于光數(shù)據(jù)傳輸、程控交換、無線基站、有線電視系統(tǒng)及ip網(wǎng)絡中，是電子電氣設備正常工作的“心臟”。1 通信開關電源的干擾通信開關電源要穩(wěn)定工作就要有很強的抗電磁干擾能力，對于電場，磁場及電磁波等要有足夠的抗干擾能力，保證自身能夠正常工作以及通信設備供電的穩(wěn)定且不間斷，同時也要不受通信

2、系統(tǒng)本身因通信時電磁波帶來的干擾。普通來講，開關電源受到的干擾源有迅速變幻造成的干擾，傳導干擾和輻射干擾。開關電源的干擾來源有：開關電源的大功率開關管工作在高壓大電流的切換狀態(tài)，由導通切換為關斷狀態(tài)時形成浪涌電壓，或由關斷切換為導通狀態(tài)時形成的浪涌電流，它們的高次諧波成分會通過空間向外放射或通過電源線的傳導構成干擾源。由關斷切換為導通狀態(tài)時，開關副方的整流受反方向復原特性的限制，產(chǎn)生尖峰狀的反向電流，它與二極管結以及引線等形成阻尼正弦振蕩，也含有大量的諧波成分，構成干擾。通信開關電源電磁干擾特點：(1)整流或續(xù)流二極管及主功率變壓器在高壓、大電流及高頻開關的方式下工作，其電流電壓迅速變幻會造成

3、干擾，從而造成開關電源內(nèi)部工作的不穩(wěn)定，使電源的性能降低。(2)收發(fā)天線的極化，方向特性輻射。通信開關電源受到：9 khz30 mhz的磁場干擾;301 000 mhz的射頻電場干擾。(3)部分電磁場通過開關電源機殼的縫隙，向周圍空間輻射，與通過電源線、直流輸出線產(chǎn)生的輻射電磁場，一起通過空間傳揚的方式，對其他高頻設備及對電磁場比較敏感的設備造成干擾，引起其他設備工作異樣。因此，對通信開關電源，要限制由負載線、電源線產(chǎn)生的傳導干擾圾空間傳揚時產(chǎn)生的輻射電磁場干擾量，使它們能與處于同一環(huán)境中的其他電信設備均能夠正常工作，互不產(chǎn)生干擾。2 國內(nèi)外電磁兼容性標準電磁兼容性是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中

4、能正常工作且不對該環(huán)境中的任何事物構成不能承受的電磁干擾的能力。國內(nèi)外已有大量的電磁兼容性標準，為系統(tǒng)內(nèi)的設備互相達到電磁兼容性制訂了約束條件。其中cispr16、cispr22及cispr24構成了信息技術設備包通信開關電源設備的電磁兼容性測試內(nèi)容及測試辦法要求，是目前通信開關電源電磁兼容性設計的最基本要求。3 開關電源的電磁兼容性問題分析通信開關電源因工作在高電壓大電流的開關工作狀態(tài)下，其引起電磁兼容性問題的緣由是相當復雜的。有通信系統(tǒng)的高頻信號對開關電源的電磁干擾;同時，開關電源因為本身的設計，布線，元器件的性能等也會對通信，或其他電子、電氣設備產(chǎn)生干擾。其中，按耦合通路來分，可分為傳導

5、干擾和輻射干擾兩種;根據(jù)干擾信號對于電路作用的形態(tài)不同，可將電源系統(tǒng)內(nèi)的干擾分為共模干擾和差模干擾兩種。通常，線路電源線上的任何傳導干擾信號，都可表示成共模和差模干擾兩種方式。在開關電源中，主功率開關管在高電壓、大電流或以高頻開關方式工作下，開關電壓及開關電流的波形在阻性負載時近似為方波，波信號含有豐盛的高次諧波，該高次諧波的頻譜可達方波頻率的1 000次以上。因為電壓差可以產(chǎn)生電場、電流的流淌可以產(chǎn)生磁場，以及豐盛的諧波電壓電流的高頻部分在設備內(nèi)部產(chǎn)生電磁場，從而造成設備內(nèi)部工作的不穩(wěn)定，使設備的性能降低。同時，因為電源變壓器的漏電感及分布電容，以及主功率開關器件的工作狀態(tài)并不是抱負的，在高

6、頻開或關時，常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波振蕩，該諧波振蕩產(chǎn)生的高次諧波，通過開關管與散熱器問的分布電容傳入內(nèi)部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。通信開關電源采納了有源功率因數(shù)校正，雖然控制復雜，但效果與負載無關，提高了功率因數(shù)，使性能更佳。同時，開關電源采納軟開關技術來降低電路開關功耗，削減噪聲，提高電路的效率及牢靠性。但是，軟開關無損汲取電路多利用l，c舉行能量轉(zhuǎn)移，利用二極管的單向?qū)щ娦阅軐崿F(xiàn)能量的單向轉(zhuǎn)換，因而，該諧振電路中的二極管成為電磁干擾的一大干擾源。通信開關電源中，普通利用儲能電感及組成l，c濾波電路，實現(xiàn)對差模及共模干擾信號的濾波，以及溝通方波信號轉(zhuǎn)換為平滑的直流信號。因為電感線

7、圈的分布電容，導致了電感線圈的自諧振頻率降低，從而使大量的高頻干擾信號穿過電感線圈，沿溝通電源線或直流輸出線向外傳揚。濾波電容器，隨著干擾信號頻率的升高，因為引線電感的作用，導致電容量及濾波效果不斷下降，直至達到諧振頻率以上時，徹低失去電容器的作用而變?yōu)楦行?。不正確地用法濾波電容及引線過長，也是產(chǎn)生電磁干擾的一個緣由。4 電磁兼容性解決辦法(1)解決開關電源內(nèi)部的電磁兼容性減小通信開關電源本身設計時的內(nèi)部干擾：抑制高頻開關變壓器的噪聲，汲取緩沖，降低漏感;在電路設計時pcb的合理布線，盡量不走環(huán)線;干擾比較重的放在一起，低頻，低壓干擾小的遠離;盡可能減小回路包涵的面積;正負導線盡可能臨近;增加

8、輸入/輸出濾波電路的設計，充實apfc電路的性能，消退或者減小二極管的電流迅速變幻。其中常用的電路是零電壓開關zvs、零電流開關zcs和準諧振zvs/zcs電路。該技術極大地降低了開關器件所產(chǎn)生的電磁干擾。利用組合軟開關技術結合的無損耗汲取技術與諧振式零電壓技術、零電流技術的優(yōu)點，解決在電路中因并聯(lián)或串聯(lián)諧振網(wǎng)絡，產(chǎn)生的諧振損耗。對功率開關管波形整形;模擬與數(shù)字，高壓與低壓等的隔離。(2)消退電磁干擾，提高開關電源的工作性能消退通信開關電源的傳導干擾和輻射干擾傳導干擾主要是因為信號經(jīng)電網(wǎng)傳揚，會對其他電子設備產(chǎn)生嚴峻干擾，往往引起更嚴峻的問題。常用的抑制辦法有：緩沖器法，削減耦合路徑法，削減寄

9、生元件法等。而傳導干擾的極限值，可參考國標中的電磁兼容規(guī)范gb9254-1988，(386833.9-87，gb6833.4-1987，gb6833-1987。在輻射討論中天線是電磁輻射源，在開關電源電路中，主電路中的元器件、連線等都可認為是天線，同時手機電話等的與的數(shù)據(jù)線、地址線工作頻率高，也是產(chǎn)生輻射干擾的主要干擾源?？梢酝ㄟ^增強提高抗干擾能力的器件提高易受外界干擾的小信號電路的抗干擾能力;并綜合考慮各種接地措施，提高整體的電磁兼容性。開關電源在輸入電路中簡單受到共模/差模干擾，此時，可以利用emi濾波電路抑制此干擾。emi濾波電路1(a)所示。其中，l1，l2為共模抑制電感，與c1c7組

10、成線路低通：c1，c4，c5用于抑制差模噪聲，這里選用0.33f的聚丙烯薄膜電容器;c2，c3和c6，c7用于抑制共模噪聲，由于它們安裝在機殼和端子間，會有漏電電流流向機殼，為防止觸電，這里選用漏電流小，不易擊穿和損壞的云母電容器，容量為3.300 pf和0.1f;c1c7耐壓值均選為溝通250 v。開關電源對內(nèi)、外的干擾及抗干擾中，共模信號與開關器件的工作方式、散熱器的安裝及整機pcb板與機殼的銜接有相當復雜的關系，共模信號在一定的條件下又可改變成差模信號。其中解決共模干擾除了上述普通的emi濾波電路，還可按如下的思想在電路上改進，使開關電源能夠在電路上改進從而提高性能。圖1(b)為共模/差模干擾濾波器典型電路，圖1(c)為在圖1(b)基礎上變異的共模/差模干擾濾波電路。(3)隔離電源與其他設備間的互相干擾，增加通信開關電源的抗干擾能力。在通信端口及控制端口的小信號電路中，選用具有抗靜電干擾的器件。而單位脈沖干擾的頻譜最寬，簡單以共模的方式傳入控制電路內(nèi)，可采納汲取式濾波器消退，減小共模電感的分布電容、加強輸入電路的共模信號濾波來提高系統(tǒng)的抗擾性能。隔離，屏蔽其他干擾信號的干擾，以及自身對于其他設備的干擾。切斷干擾信號的傳揚途徑：電磁屏蔽，用金屬外殼加強屏蔽效果，并舉行良好的接地處理(注重大地與系統(tǒng)地不行接在一起)