高頻開關(guān)電源的EMC-

1、高頻開關(guān)電源的EMC開關(guān)電源相對以往傳統(tǒng)的線性工頻電源,體積小,重量輕,效率高,目前已得到普遍推廣應(yīng)用,但是,由于開關(guān)電源的工作頻率高,高頻電壓或電流脈沖波含有豐富的諧波分量,所以電磁干擾(EMI 問題日益嚴(yán)重。特別是隨著電源技術(shù)的發(fā)展,開關(guān)頻率越來越高,電源和所供電的負(fù)載系統(tǒng)越來越靠近,EMI 的影響就日益突出。電磁兼容(EMC 的設(shè)計和優(yōu)化必須貫穿于電源設(shè)計的每個環(huán)節(jié),EMC 指標(biāo)也成為衡量電源質(zhì)量的一個重要方面。下面會涉及開關(guān)電源EMC 的基本概念和原則,并提供抑制開關(guān)電源EMI 的常規(guī)需注意的設(shè)計方法。首先,需要明確EMI (電磁干擾和EMC (電磁兼容這兩個術(shù)語的含義是對立的。EMI

2、 一般定義為:通過電磁能量傳遞方式,一臺電子設(shè)備對另一臺正在運(yùn)行的電子設(shè)備造成的干擾。而EMC 則是沒有EMI ,運(yùn)行的電子設(shè)備之間不形成相互干擾。從EMI 的定義來看,我們可以得出產(chǎn)生EMI 的三要素:電磁能量發(fā)生線路(干擾源;不同線路之間干擾的傳遞途徑(耦合方式;接收干擾的電子線路(敏感源。上述三要素必須全部存在的情況下,EMI 才會產(chǎn)生。也就是說,只要消除其中任意一個要素,就能避免EMI ,達(dá)到不同線路(或設(shè)備之間的EMC 。在抑制電磁干擾的措施中,盡管屏蔽或隔離等措施能有效地切斷干擾的耦合途徑或使敏感源避免受到干擾信號的影響,不失為一種有效的EMC 策略和手段。但是,一般推薦的EMC

3、策略還是消除或抑制干擾源,相對消除干擾三要素中的其他兩要素而言,消除干擾源最為直接,也最為經(jīng)濟(jì),所以對干擾源的研究和抑制是EMC 的重要內(nèi)容。一. EMI 的物理概念在一般的線路介紹的教科書中,EMI 的相關(guān)論述相對較少,在線路實踐過程中,遇到的EMI 問題給人的感覺是比較復(fù)雜,不易解釋。但是,實際情況是EMI 的產(chǎn)生和抑制的基本原理還是相對簡單的。在開關(guān)電源中,快速變化的電壓或電流脈沖波,能產(chǎn)生一種所謂的場,脈沖波和場之間的量化關(guān)系可以由Maxwell 方程式來描述。作為線路應(yīng)用工程師,我們需要了解的基本物理概念是電子噪聲是如何通過電場或磁場耦合來產(chǎn)生的。磁場耦合方式:某線路中電流快速變化的

4、電流環(huán)路,通過磁場耦合,可以在敏感線路上感應(yīng)出噪聲電壓。噪聲電壓由以下等式來決定:dtdi M e = M :代表干擾線路和敏感線路之間的互感 電場耦合方式:某線路中電壓快速變化的電位體,通過電場耦合,可以在敏感線路回路上感應(yīng)出噪聲電流。噪聲電流由以下等式來決定:dtdv C i = C :代表干擾線路和敏感線路之間的耦合電容 從上面的兩個關(guān)系式可以看出,在開關(guān)電源的線路中,與主開關(guān)器件串聯(lián)的環(huán)路中,隨著主開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷,環(huán)路電流的di/dt 很大,形成強(qiáng)干擾源,通過磁場耦合(互感的方式,在開關(guān)電源的其他敏感線路中會感應(yīng)出噪聲電壓。同樣,隨著主功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷,功率場效應(yīng)管的漏極

5、電位的dv/dt 很大,形成強(qiáng)干擾源,通過電場耦合(寄生耦合電容的方式,在開關(guān)電源的其他敏感線路中會感應(yīng)出噪聲電流。以上就是開關(guān)電源干擾產(chǎn)生的基本物理概念。很明顯,若我們能降低主開關(guān)器件的開通和關(guān)斷的轉(zhuǎn)換速度,使噪聲源的di/dt 或dv/dt 減小,可以很有效地抑制開關(guān)電源噪聲地產(chǎn)生。但是由此帶來的問題是主開關(guān)器件的開關(guān)損耗加大,效率降低。因而設(shè)計中需要注意權(quán)衡,一般主開關(guān)器件的通斷速度不宜過慢。關(guān)于EMI,還有一個比較重要的概念就是,EMI現(xiàn)象所涉及的電磁能量是非常小的。盡管干擾的能量等級非常小,但是在敏感線路中感應(yīng)出的噪聲則有可能破壞線路的正常運(yùn)行,導(dǎo)致系統(tǒng)故障。在電磁兼容的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中,

6、噪聲容限的極限值一般是很小的數(shù)值,例如, FCC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定,1MHz處的所測到的EMI能量不能超過20nW。正因為EMI現(xiàn)象的電磁能量很小,所以很容易被忽視,這是需要引起重視的。二.EMI的測量干擾源產(chǎn)生的EMI,一般有以下兩種向外傳播的途徑,一是通過電場或磁場耦合的方式向外輻射電磁能量,另一種則是通過與外部設(shè)備相連電源線、負(fù)載線及控制線向外傳導(dǎo)電磁干擾能量,同時這些與外部設(shè)備連接的電纜也有可能成為二次輻射發(fā)射的干擾源。一般情況下,頻率在30MHz以下的干擾是通過傳導(dǎo)發(fā)射的方式向外傳播的。頻率在30MHz以上的干擾是通過輻射發(fā)射的方式向外傳播的。傳導(dǎo)噪聲是通過噪聲電流的方式向外傳導(dǎo)的,測量

7、時,使噪聲電流通過一等效的50取樣電阻,轉(zhuǎn)化為噪聲電壓來衡量傳導(dǎo)噪聲的大小。在美國和加拿大,FCC制定的EMC標(biāo)準(zhǔn),只規(guī)定了設(shè)備交流輸入線上的傳導(dǎo)噪聲,在分布式電源系統(tǒng)中,傳導(dǎo)噪聲很容易通過交流輸入線來相互耦合噪聲電流。FCC傳導(dǎo)噪聲的下限測試頻率為450KHz。許多其他的國際性組織則規(guī)定傳導(dǎo)噪聲的下限測試頻率為150KHz。有的通信方面的測試標(biāo)準(zhǔn)則把下限噪聲測試頻率擴(kuò)展到10KHz。輻射噪聲的測試頻率在30MHz以上,上限測試頻率為幾百M(fèi)Hz到1GHz,或者更高。傳導(dǎo)發(fā)射測試相對簡單,只需要頻譜分析儀和噪聲耦合設(shè)備即可。而輻射發(fā)射的測試由于涉及到空間場的接收,所需的測試環(huán)境要求要苛刻得多,不

8、能有外界雜散電場和磁場的干擾,俗稱電波暗室。不同的國家或地區(qū)的EMC標(biāo)準(zhǔn)有一定的區(qū)別,例如,有些標(biāo)準(zhǔn)把電源歸為“數(shù)字設(shè)備”類,有些則歸為“信息技術(shù)設(shè)備”類。大體來講,根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備的應(yīng)用場合,EMC指標(biāo)要求劃歸為兩類,一是CLASS A,適用于工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用場合的電子設(shè)備。另一類是CLASS B,適用于民居場合應(yīng)用的電子設(shè)備,因為這類民用電子設(shè)備更加接近人,一般人很少有防范EMI的措施,所以其EMC指標(biāo)要求要高一些。在美國和加拿大,相關(guān)EMC的標(biāo)準(zhǔn)是由FCC(聯(lián)邦通信委員會來制定的,其中PART 15適用信息技術(shù)設(shè)備(ITE;PART 18適用工業(yè),科技和醫(yī)療設(shè)備(ISM;PART 68適用與電

9、話網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的設(shè)備。在國際上,相關(guān)的EMC標(biāo)準(zhǔn)是由IEC(國際電工委員會來制定。其中歐洲聯(lián)盟發(fā)布的通用EMC標(biāo)準(zhǔn)EN50081和CISPR Publication 22已被業(yè)界廣為應(yīng)用。FCC和CISPR兩個標(biāo)準(zhǔn)組織制定的EMC標(biāo)準(zhǔn)限值有一定的區(qū)別,CISPR的低頻傳導(dǎo)噪聲測試范圍要稍寬一些,輻射發(fā)射的測試距離規(guī)定為10米,FCC規(guī)定的輻射發(fā)射測試距離可以為330米的范圍。下面兩個圖可以清晰地比較出這兩個EMC標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別。 圖1 傳導(dǎo)噪聲限值(FCC PART15 Vs CISPR 22 圖2 輻射噪聲限值(FCC PART15 Vs CISPR 22上面兩個圖中,傳導(dǎo)噪聲電壓的單位為dBuV

10、,輻射發(fā)射場強(qiáng)的單位為dBuV/m 。dBuV 的定義為所測到的噪聲量值轉(zhuǎn)化為uV 單位,再取其分貝值。uVV LOG dBuV 0.12010 最后,需要指出的是待測設(shè)備不同運(yùn)行狀態(tài)也會直接影響EMC 的測試結(jié)果。例如,電源設(shè)備輸入高壓時,設(shè)備內(nèi)某些線路的dV/dt 可能就很大,或者輸入低壓輸出滿載時,設(shè)備內(nèi)就可能存在di/dt 很大的環(huán)路,這兩種情況下,測試的EMC 結(jié)果可能就會有一定區(qū)別。另外由于開關(guān)電源是時變線路,隨著主開關(guān)器件占空比的變化,電源設(shè)備的EMI 程度也可能發(fā)生變化。所以,一般情況下,我們是拿待測設(shè)備典型應(yīng)用的運(yùn)行狀態(tài)來測試其EMC 的結(jié)果。三. 傳導(dǎo)干擾我們重點以開關(guān)電源

11、功率輸入線上的傳導(dǎo)干擾為例來說明。我們要測試輸入線上的高頻噪聲,首先要做的是把高頻傳導(dǎo)噪聲從低頻功率輸入信號中分離耦合出來,送入頻譜分析儀,這部分工作是通過如下LISN 網(wǎng)絡(luò)(線性阻抗平衡網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的。電源的每根輸入線上均串聯(lián)了此LISN 網(wǎng)絡(luò)。從圖3中可以看出,輸入線上的高頻傳導(dǎo)噪聲電流通過LISN 網(wǎng)絡(luò)里50的取樣電阻,轉(zhuǎn)化為對大地的噪聲電壓信號,送入頻譜分析儀。 圖3 輸入為120/240V AC, 50/60Hz LISN網(wǎng)絡(luò)傳導(dǎo)噪聲根據(jù)噪聲電流的走向,又可以分為兩類:差模(DM噪聲和共模(CM噪聲。差模噪聲電流是在開關(guān)電源輸入或輸出的線路自身環(huán)路里流動。共模噪聲電流則是在開關(guān)電源輸入

12、或輸出線路與大地構(gòu)成的環(huán)路里流動。如圖4,差模噪聲的產(chǎn)生機(jī)理很明顯,電源內(nèi)主開關(guān)器件的通斷,引起與之串聯(lián)回路的di/dt快速變化,從而在輸入或輸出回路里引發(fā)高頻噪聲,一般電源的輸入輸出都會有低通濾波器,能夠阻擋大部分的噪聲向外傳導(dǎo),但總歸還是有殘余高頻噪聲或開關(guān)尖峰出現(xiàn)在電源的輸入輸出的端口上。 圖4 差模(DM噪聲電流產(chǎn)生機(jī)理如圖5,共模噪聲的產(chǎn)生機(jī)理是由于主開關(guān)器件的通斷,線路內(nèi)快速變化的某些電位點(如主功率MOS器件的漏極通過寄生耦合電容產(chǎn)生與大地(或機(jī)殼構(gòu)成回路的噪聲電流。電源內(nèi)輸入輸出的任一端口對地(或機(jī)殼均會有此噪聲電壓的存在。 圖5 共模(CM噪聲電流產(chǎn)生機(jī)理圖6給出了電源輸入口

13、傳導(dǎo)噪聲測試的簡單示意連線圖,電源輸入口的火線和零線均串接了LISN網(wǎng)絡(luò),噪聲電流的差模分量和共模分量的參考方向在圖中也標(biāo)示出來了。根據(jù)電流的參考方向,火線上測得的噪聲電流為CM+DM,零線上測得的噪聲電流為CM-DM,各自為共模分量和差模分量的矢量和關(guān)系。因而輸入每根線上的傳導(dǎo)噪聲測量結(jié)果會有差別,必須每根輸入線都單獨(dú)測試其傳導(dǎo)噪聲。 圖6 傳導(dǎo)噪聲中的差模電流和共模電流1.抑制傳導(dǎo)噪聲的差模分量抑制差模傳導(dǎo)噪聲,常用的措施是采用低通濾波器,阻斷高頻噪聲電流通過輸入輸出線向設(shè)備外傳導(dǎo)的通路。理想的濾波器和考慮寄生參數(shù)的實際制作濾波器的線路圖和衰減特性曲線如圖7和圖8所示。 圖7 抑制差模噪聲

14、的低通LC濾波器 圖8 與圖7對應(yīng)的差模低通濾波器的衰減特性曲線這里有一個概念需要澄清一下,濾波器的衰減特性習(xí)慣上用濾波器的輸入輸出的正向電壓量值的衰減來衡量。但是,實際上低通濾波器在抑制傳導(dǎo)噪聲的應(yīng)用上,起的作用是濾波器輸出輸入的反向噪聲電流的衰減,以抑制通過LISN網(wǎng)絡(luò)的噪聲電流。但是,不管是正向電壓衰減特性還是反向電流衰減特性,其特性曲線還是一致的。差模濾波器首先要注意正確的連接方法,如圖7濾波器的輸入口Vin,接在電源的供電口,濾波器的輸出V out接在待測電源設(shè)備的輸入口,注意是差模接法,不要連在大地(或機(jī)殼上了。理想差模濾波器的衰減特性如圖8a,但是實際制作的濾波器是不能忽視高頻下

15、寄生參數(shù)的影響的。實際的電感會有寄生的并聯(lián)電容,實際的電容則會有寄生的串聯(lián)電感ESL和串聯(lián)電阻ESR,如圖7b所示。圖8b則是考慮到寄生參數(shù)后,實際濾波器的衰減特性,可以看出,在某一頻段,衰減值出現(xiàn)了最大值,頻率再高,衰減值反而減小。針對電容的高頻特性,為提高其高頻下的濾波效果,通常可以用幾個小容量的電容并聯(lián)來替代單一的大容量電容,以改善電容的高頻特性,如圖7c和8c所示。電感的并聯(lián)電容降低,也能很好地改善電感的高頻濾波特性。圖9是一單層繞組的電感寄生電容的示意圖。 圖9 電感線包繞組的并聯(lián)寄生分布電容電感的線包繞組是單層的,并且匝與匝之間的絕緣距離盡量增大,可以保證電感的并聯(lián)寄生電容能夠減小

16、。另外,線包與磁芯(磁芯可以視為導(dǎo)體之間的雜散電容也是電感并聯(lián)寄生電容的組成部分,在電感線包繞制過程中,也要注意此部分雜散電容的減小。高頻特性改善后的電感及其衰減特性如圖7d和圖8d。最后,最為有效的且成本相對較低的改善衰減特性曲線的方法是采用兩級濾波的方式,如圖7e和圖8e所示,在并聯(lián)的電容之間加入一小電感,可以收到較好的效果。此LC低通濾波器插入到電源輸入口的前端,由于其自身存在固有的諧振頻率,所以,在實際應(yīng)用時,需要注意避免如下可能引發(fā)的問題;1.當(dāng)輸入電壓突加到LC濾波器上時,電容C上有可能產(chǎn)生振蕩電壓,其幅值為輸入電壓的兩倍,對后續(xù)的變換線路可能造成損壞。2.如果噪聲頻率和濾波器的諧

17、振頻率比較接近,噪聲信號反而有可能被放大Q倍(濾波器的品質(zhì)因素。3.非阻尼的LC濾波器的等效輸出阻抗,接近諧振頻率時,增加很快,有可能和后續(xù)變換器的輸入阻抗產(chǎn)生振蕩。為避免上述問題的發(fā)生,插入的LC濾波器一般加入阻尼系數(shù),比較常用的加入阻尼的方法是在電容C兩端并聯(lián)R-C阻尼網(wǎng)絡(luò),如圖10所示。 圖10 消除LC諧振的阻尼RC網(wǎng)絡(luò)2.抑制傳導(dǎo)噪聲的共模分量抑制傳導(dǎo)差模噪聲所采用的低通濾波措施,同樣適用于共模噪聲的抑制。其濾波器的設(shè)計和優(yōu)化的方法是相同的,不同的是共模噪聲的具體耦合通路和差模噪聲是不一樣的,下面例舉具體的實例來說明共模抑制濾波器的設(shè)計。開關(guān)電源中一個典型的共模噪聲源如圖11所示。圖

18、11是一單端正激變換線路,主開關(guān)器件FET以200KHz的開關(guān)頻率通斷,FET管的漏極脈沖電壓的幅值為2Vin(400V,脈沖電壓的上升沿和下降沿的時間如圖所示,假設(shè)為100ns。FET的封裝為TO-220,其漏極通過導(dǎo)熱絕緣墊安裝在接地的散熱器上,FET的漏極與大地的寄生耦合電容一般為12 32PF。我們可取耦合電容的下限12PF。所以,如圖所示從電位快速變化的FET漏極注入大地的共模噪聲電流為±48mA(I=C(dV/dt。 圖11 一個典型共模噪聲設(shè)計計算實例圖12則說明了共模噪聲電流是如何通過LISN網(wǎng)絡(luò)的取樣電阻,轉(zhuǎn)化為噪聲電壓測試值的。需注意,等效的LISN取樣電阻是兩個

19、50的并聯(lián),所以共模噪聲的等效取樣電阻為25。 圖12 在LISN網(wǎng)絡(luò)上取樣到的共模噪聲為抑制共模噪聲,同樣的思路還是在共模噪聲的產(chǎn)生回路中插入低通濾波器,以阻斷共模噪聲電流的外泄。假設(shè)FET漏極電壓脈沖波的占空度為0.5,幅值為400V。所以,將此脈沖波傅立葉分解后,得基波200KHz的有效值為180V,三次諧波600KHz的有效值為60V,若按照FCC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),其傳導(dǎo)噪聲的最低測試頻率為450KHz,所以,影響傳導(dǎo)測試的主要共模噪聲分量是噪聲源的三次諧波分量,其等效電路如圖12中的右側(cè)小圖所示。從圖中可以分析出,LISN網(wǎng)絡(luò)所取樣到的三次諧波噪聲為68mV。對照FCC CLASSA標(biāo)準(zhǔn)的

20、限值1mV而言,此600KHz的噪聲信號至少還要衰減37dB。一種辦法是在共模噪聲通路上串聯(lián)電感,如圖13所示,計算下來,電感的感量需要419mH,并且其并聯(lián)寄生電容要小于0.17PF。這是不現(xiàn)實的。 圖13 單只串聯(lián)電感濾除共模噪聲另一種是采取并聯(lián)電容的方式,如圖14所示,同樣計算下來,電容的容量需要760nF,并且其串聯(lián)寄生等效電感要小于93nH。這個要求倒是有可能實現(xiàn),但是如果電源的輸入是交流網(wǎng)壓,從安規(guī)的要求出發(fā),其共模電容的上限值不能超過10nF。 圖14 單只并聯(lián)電容濾除共模噪聲所以,共模噪聲的濾波器還必須采取LC二階的低通濾波,以便L和C的取值都能在合理的范圍內(nèi)。正確合理的共模濾

21、波器的設(shè)計如圖15所示。需注意共模電容的接法是與大地相接,與差模電容的接法是有區(qū)別的。 圖15 實際應(yīng)用的LC共模低通濾波器共模濾波為避免LC諧振,同樣可以加入阻尼措施,一般做法是把共模電容拆分為兩個小電容并聯(lián),在其中的一個共模電容上,串聯(lián)合適的阻尼電阻。圖16是典型的抑制傳導(dǎo)差模噪聲和共模噪聲的EMC濾波電路。輸入功率能量流的方向是從左往右,而噪聲信號的傳導(dǎo)方向,則是從右向左,從電源內(nèi)部向交流輸入線上傳導(dǎo)。如圖所示,從右往左,Cd1和Ld1構(gòu)成主要的DM濾波;Cc1和Lc1構(gòu)成共模濾波;Cd2和共模電感Lc1的漏感構(gòu)成第二級差模濾波,濾除差模的高頻分量;Ln和Cn形成開關(guān)頻率的串聯(lián)諧振,濾除

22、開關(guān)頻率的差模噪聲,與之串聯(lián)的Rn起到阻尼和擴(kuò)大串聯(lián)諧振帶寬的作用。最后,Cd3和Cc2構(gòu)成最后一級端口處的差模和共模濾波,濾除噪聲的高頻分量。 圖16 開關(guān)電源典型的輸入EMC濾波電路3.其他共模噪聲源及其抑制。除了主開關(guān)器件FET的漏極以外,與功率管安裝在一起的散熱器也有可能成為共模噪聲源。如果散熱器足夠小,一般建議整個散熱器能全部容納到電源整機(jī)機(jī)箱內(nèi)。另外,把散熱器與線路原邊或副邊穩(wěn)定的固定電位電氣短路,不要把散熱器同機(jī)殼短路,避免散熱器上噪聲串入地回路。注意,此時的散熱器與功率管的管殼是絕緣的。圖17是散熱器安裝的示意圖。 圖17 不接大地的散熱器安裝示意上述對散熱器的一些處理措施,實

23、際上就是把散熱器上感應(yīng)的噪聲信號分流到線路內(nèi)某固定電位上,避免噪聲串入地回路。這樣的思路同樣可以應(yīng)用到高頻開關(guān)主變壓器不同繞組之間的靜電屏蔽上。圖18給出高頻變壓器靜電屏蔽的正確接法。 圖18 高頻變壓器的靜電屏蔽開關(guān)電源設(shè)計中,一般都以高頻變壓器的副邊輸出回路的地作為系統(tǒng)的參考點。原邊繞組的高壓脈沖波通過原副邊的寄生耦合電容,會對副邊回路產(chǎn)生共模噪聲。為降低此噪聲對副邊回路的影響,可以在原副邊繞組之間加入靜電屏蔽層,同時,把靜電屏蔽層同原邊線路的某固定電位短路起來。根據(jù)經(jīng)驗,原邊功率FET開通時漏極的dV/dt大于其關(guān)斷時的dV/dt 時,即開通速度大于關(guān)斷速度,靜電屏蔽與原邊線路的固定低電

24、位相連。反之,則與高電位相連。圖19是變壓器的靜電屏蔽的幾種接法。 圖19 高頻變壓器靜電屏蔽的通用接法四.輻射干擾雖然我們在討論干擾時,是把傳導(dǎo)和輻射干擾分開來說明的,但是,在實際的開關(guān)電源系統(tǒng)中,傳導(dǎo)干擾和輻射干擾在從干擾源到測量點的傳遞過程中是會多次相互轉(zhuǎn)化的,實際上傳導(dǎo)噪聲通過一段導(dǎo)線或PCB走線向外傳遞過程中,也會產(chǎn)生高頻輻射場,形成輻射干擾。基于這個原因,電源的輸入輸出線上可以套上高頻EMI吸收磁環(huán),用以吸收或抑制高頻輻射干擾。若高頻輻射場通過互感或耦合電容被另一線路所接收,那么輻射干擾就又會轉(zhuǎn)化成傳導(dǎo)干擾,只不過此時的干擾源挪了位置。需要關(guān)注的是線路中某段導(dǎo)體可能就是天線,天線既

25、會輻射干擾信號,同時也會接收干擾信號。輻射干擾的測試比較復(fù)雜,因為涉及噪聲信號的頻率為30MHz以上,所以對測試設(shè)備的要求較高。另外,測試環(huán)境還必須是電波暗室或開放測試外場,要避免外界無關(guān)的射頻場干擾或自身測試射頻場的反射。測試接收天線的種類,天線與待測設(shè)備之間的距離,方向和天線掃描角度都會對測試結(jié)果產(chǎn)生影響。圖20是輻射發(fā)射測試裝置的簡單示意。 圖20 輻射發(fā)射的測試裝置示意五.輻射干擾的抑制輻射干擾根據(jù)干擾源場的屬性也可分為兩類,一類是由電場引起的輻射干擾,通常是由線路內(nèi)某電位快速變化的dV/dt激發(fā)的。另一類是由磁場引起的輻射干擾,通常是由線路內(nèi)某環(huán)路快速變化的dI/dt激發(fā)的。一般我們

26、認(rèn)為涉及高壓低電流的干擾源線路場合,輻射發(fā)射場主要為電場;涉及低壓大電流的干擾源線路場合,輻射發(fā)射場主要為磁場。這些輻射發(fā)射的干擾場的屬性,隨著與干擾源距離的遠(yuǎn)近會發(fā)生相互轉(zhuǎn)化。一般在離干擾源距離較近時,發(fā)射的干擾場是由所激發(fā)的干擾源來決定的,不會相互轉(zhuǎn)化,電場干擾或磁場干擾是分開的,這樣的區(qū)域稱為近場。如果超過這一區(qū)域,則稱為遠(yuǎn)場,此時輻射的電場和磁場會耦合成統(tǒng)一的電磁場。近場和遠(yuǎn)場區(qū)別的臨界距離與輻射噪聲干擾電磁波的波長有關(guān),即/2。假設(shè)噪聲干擾信號的頻率為1MHz,則它的波長為300米,所以,對多數(shù)開關(guān)電源輻射發(fā)射所要考慮的干擾問題都是近場干擾。如圖21,開關(guān)電源中,輻射電場干擾的地方主

27、要有散熱器和高頻變壓器磁芯。干擾電場的屏蔽可以很方便地用閉合的導(dǎo)體來終止電場向外輻射,同時閉合導(dǎo)體會產(chǎn)生靜電泄放電流,所以,靜電屏蔽導(dǎo)體一般要接地,提供靜電電流的泄放通路。如果是接在大地上,則會形成傳導(dǎo)共模干擾電流,這是需要引起注意的。 圖21 開關(guān)電源中主要的電場輻射發(fā)射如圖22所示,開關(guān)電源中,輻射磁場干擾的地方一般為電感或變壓器雜散磁場的泄漏,或者是線路內(nèi)快速變化的電流環(huán)路。電流環(huán)路向外輻射磁場的強(qiáng)弱與環(huán)路的電感有關(guān),而環(huán)路電感的大小則直接與環(huán)路所包圍的面積成正比。所以,電源內(nèi)大電流環(huán)路的布局走線需要認(rèn)真考慮,力爭盡量縮小電流環(huán)路面積。圖23給出了變壓器副邊高頻整流電流環(huán)路正反兩種布局走線的例子。 圖22 開關(guān)電源中主要的磁場輻射發(fā)射 圖23 變壓器副邊高頻整流