開(kāi)關(guān)電源噪聲的產(chǎn)生原因及抑制方法

1、開(kāi)關(guān)電源噪聲的產(chǎn)生原因及抑制方法 (12012-03-17 19:36:38 作者:賴(lài)有傳 戴永軍 來(lái)源 :電源在線(xiàn)網(wǎng)關(guān)鍵字:開(kāi)關(guān)電源、電磁干擾、噪聲1引言開(kāi)關(guān)電源具有線(xiàn)性電源無(wú)可比擬的許多優(yōu)點(diǎn):體積小,重量輕,效率高等 等, 但開(kāi)關(guān)電源會(huì)產(chǎn)生電磁干擾, 尤其是中大功率等級(jí)的開(kāi)關(guān)電源干擾更為嚴(yán)重。 這是由于開(kāi)關(guān)電源存在著整流諧波、 開(kāi)關(guān)頻率和它的諧波以及在開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換中所固 有的高速電流和電壓瞬變。 產(chǎn)生電磁干擾是開(kāi)關(guān)電源本身的特點(diǎn)所決定的, 是難 以避免的,關(guān)鍵是如何采取有效的措施來(lái)減小其干擾程度。通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行電磁兼容性測(cè)試得知,一般有以下四項(xiàng)指標(biāo)不合格。 CE01100Hz 15KHz

2、電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射。CE0315KHz 50MHz 電源線(xiàn)傳導(dǎo)發(fā)射。RE0125Hz 50KHz 磁場(chǎng)輻射發(fā)射。RE0214KHz 10GHz 電場(chǎng)輻射發(fā)射。2開(kāi)關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生原因分析開(kāi)關(guān)電源按主電路型式可分為全橋式, 半橋式, 推挽式等幾種, 但無(wú)論何種 類(lèi)型的開(kāi)關(guān)電源在工作時(shí)都會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的噪聲。 它們通過(guò)電源線(xiàn)以共?；虿钅７?式向外傳導(dǎo), 同時(shí)還向周?chē)臻g輻射。 開(kāi)關(guān)電源對(duì)由電網(wǎng)侵入的外部噪聲也很敏 感, 并經(jīng)它傳遞到其他電子設(shè)備中產(chǎn)生干擾。 圖 1是一種最簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)電源主電 路型式,直流變換式它激單邊型開(kāi)關(guān)電源,以此為例分析開(kāi)關(guān)電源的噪聲來(lái)源。圖 1直流變換式它激單邊型開(kāi)關(guān)電源主電路電原

3、理圖交流電輸入開(kāi)關(guān)電源后,由橋式整流器 V1V4整理成直流電壓 Vi 加在高 頻變壓器的初級(jí) L1和開(kāi)關(guān)管 V5上。 開(kāi)關(guān)管 V5的基極輸入一個(gè)幾十到幾百千赫 的高頻矩形波, 其重復(fù)頻率和占空比由輸出直流電壓 VO 的要求來(lái)確定。 被開(kāi)關(guān) 管放大了的脈沖電流由高頻變壓器耦合到次級(jí)回路。 高頻變壓器初次級(jí)匝數(shù)之比 也是由輸出直流電壓 VO 的要求來(lái)確定的。高頻脈沖電流經(jīng)二極管 V6整流并經(jīng) C2濾波后變成直流輸出電壓 VO 。因此開(kāi)關(guān)電源在以下幾個(gè)環(huán)節(jié)都將產(chǎn)生噪聲, 形成電磁干擾。(1高頻變壓器初級(jí) L1、開(kāi)關(guān)管 V5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。 如果電容

4、器濾波不足, 則高頻電流還會(huì)以差模方式傳導(dǎo)到輸入交流電源中去。如圖 1中的 I1 。(2高頻變壓器次級(jí) L2、整流二極管 V6、濾波電容 C2也構(gòu)成高頻開(kāi)關(guān)電 流環(huán)路會(huì)產(chǎn)生空間輻射。 如果電容器濾波不足, 則高頻電流將以差模形式混在輸出直流電 壓上向外傳導(dǎo)。如圖 1中的 I2 。(3高頻變壓器的初級(jí)和次級(jí)間存在分布電容 Cd ,初級(jí)的高頻電壓通過(guò)這 些分布電容將直接耦合到次級(jí)上去, 在次級(jí)的二條輸出直流電源線(xiàn)上產(chǎn)生同相位的共模噪 聲。如果二根線(xiàn)對(duì)地阻抗不平衡,還會(huì)轉(zhuǎn)變成差模噪聲。(4 輸出整流二極管 V6會(huì)產(chǎn)生反向浪涌電流。 二極管在正向?qū)〞r(shí) PN 結(jié) 內(nèi)的電荷積累, 二極管加反向電壓時(shí)積累

5、電荷將消失并產(chǎn)生反向電流。 因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電流需經(jīng) 二極管整流, 二極管由導(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)生了反向電流的浪涌。 由于直流輸出線(xiàn)路中的分布電感, 分布電容, 浪涌 引起了高頻衰減振蕩,這是一種差模噪聲。(5開(kāi)關(guān)管 V5的負(fù)載是高頻變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈 L1,是感性負(fù)載,所以開(kāi) 關(guān)通斷時(shí)管子兩端會(huì)出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓,這個(gè)噪聲會(huì)傳導(dǎo)到輸入輸出端 去。(6開(kāi)關(guān)管 V5的集電極與散熱片 K 之間存在分布電容 CI ,因此高頻開(kāi)關(guān) 電流會(huì)通過(guò) CI 流到散熱片 K 上,再流到機(jī)殼地,最終流到與機(jī)殼地相連接的交 流電源線(xiàn)的保護(hù)地線(xiàn) PE 中,從而產(chǎn)生共模輻射。電源線(xiàn) L

6、 和 N 對(duì) PE 存在一定 阻抗,如阻抗不平衡則共模噪聲還會(huì)轉(zhuǎn)變成差模噪聲。如圖 1中的 I3 。由以上分析可以知道開(kāi)關(guān)電源中的噪聲干擾源很多 , 干擾途徑是多種多樣的 , 影響較大的噪聲干擾源可以歸納為以下三種 :(1二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾。(2開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流, 在截止期間, 高頻變壓器繞組漏 感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。(3交流輸入回路產(chǎn)生的干擾開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間也會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。 一 般整流電路后面總要接比較大的濾波電容, 因而整流管的導(dǎo)通角較小, 會(huì)引起很 大的充電電流, 使交流輸入側(cè)的交流電

7、流發(fā)生畸變, 影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。 另 外,濾波電容的等效串聯(lián)電感對(duì)產(chǎn)生干擾也有較大的影響。所有這些干擾按傳播途徑可以分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類(lèi)。 開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生 的尖峰干擾和諧波干擾能量通過(guò)開(kāi)關(guān)電源輸入輸出線(xiàn)傳播出去形成的干擾稱(chēng)為 傳導(dǎo)干擾。 諧波和寄生振蕩的能量, 通過(guò)輸入輸出線(xiàn)傳播時(shí), 在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和 磁場(chǎng),這些通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱(chēng)為輻射干擾。正因?yàn)殚_(kāi)關(guān)電源本身就是一個(gè)強(qiáng)干擾源、 所以除了電路上采取措施抑制其電 磁干擾產(chǎn)生外,還應(yīng)對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行有效的電磁屏蔽,濾波以及接地。3開(kāi)關(guān)電源噪聲的抑制方法形成電磁干擾的三要素是干擾源、 傳播途徑和受擾設(shè)備, 因而, 抑制電磁干 擾也應(yīng)該從這

8、三個(gè)方面著手。 首先應(yīng)該抑制干擾源, 直接消除干擾原因; 其次是 消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射, 切斷電磁干擾的傳播途徑; 第三是提 高受擾設(shè)備的抗擾能力,降低其對(duì)噪聲的敏感度。第三點(diǎn)不是本文討論的范圍。采用功率因數(shù)校正 (PFC 技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)功率變換技術(shù)能大大降低噪聲幅度。 (1電路上的措施開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的主要原因是電壓和電流的急劇變化, 因此需要盡可 能地降低電路中的電壓和電流的變化率(du/dt、 di/dt。采用吸收電路也是抑制 電磁干擾的好辦法。 吸收電路的基本原理就是開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)為開(kāi)關(guān)提供旁路, 吸收 蓄積在寄生分布參數(shù)中的能量, 從而抑制干擾發(fā)生。 常用的吸收電路有

9、RC 、 RCD 、 LC 無(wú)源吸收網(wǎng)絡(luò)和有源吸收網(wǎng)絡(luò)。濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的方法。 例如, 在電源輸入端接上濾波器可 以抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾, 也可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)電源本 身的侵害。在濾波電路中,還采用很多專(zhuān)用的濾波元件,如穿心電容器,三端電 容器,鐵氧體磁環(huán),他們能夠改善電路的濾波特性。恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)或選擇濾波器, 并正確地安裝濾波器,是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。具體措施如下:a . 在交流電輸入端加裝電源濾波器 , 濾波器的電路型式如圖 2。其中 LD 、 CD 用于抑制差模噪聲, 一般 LD 取 100700H , CD 取 110F , 對(duì) 10150KHz比

10、較有效。 LC 、 CC 用于抑制共模噪聲, 一般 LC 取 13H , CC 取 20006800pF, 對(duì)抑制 150KHz 。以上的共模噪聲有效。上述器件的參數(shù)要在實(shí)踐中加以調(diào)整。 (本文轉(zhuǎn)自電子工程世界:開(kāi)關(guān)電源噪聲的產(chǎn)生原因及抑制方法 (22012-03-17 19:36:38 作者:賴(lài)有傳 戴永軍 來(lái)源 :電源在線(xiàn)網(wǎng)關(guān)鍵字:開(kāi)關(guān)電源、電磁干擾、噪聲另外,電源濾波器安裝時(shí)應(yīng)注意:電源濾波器安裝時(shí)必須接地。 除了廠(chǎng)家特別說(shuō)明允許不接地的濾波器在使用 時(shí)可以不接地外, 所有電源濾波器都必須接地, 因?yàn)闉V波器的共模旁路電容必須 接地才能起作用。 一般的接地方法是除將濾波器與金屬機(jī)殼相接外,

11、 還要用較粗 的導(dǎo)線(xiàn)將濾波器外殼與設(shè)備的接地點(diǎn)相連。接地阻抗越低,濾波效果越好。 盡量靠近電源入口處安裝。安裝時(shí),濾波器的輸入 /輸出端盡量遠(yuǎn)離,避免干擾 信號(hào)從輸入端直接耦合到輸出端。必要時(shí),使用屏蔽隔板將其隔開(kāi)。b. 在電源的輸出端加裝共模噪聲濾波器。在輸出線(xiàn)上套上鐵氧體磁環(huán),做 成共軛扼流圈, 再加裝高頻電容, 這樣可以抑制部分共模噪聲。 加大輸出濾波電 感的電感量及濾波電容的電容量,可以抑制差模噪聲,多個(gè)電容并聯(lián)效果更好。c. 輸出整流二極管采用多個(gè)二極管并聯(lián)來(lái)分擔(dān)負(fù)載電流、選擇具有反向恢 復(fù)電流呈軟特性的整流二極管、 適當(dāng)降低開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通速率、 減小高頻變壓器的 漏感并確保它不飽和等

12、都是抑制噪聲的有效手段。d. 在高頻變壓器的原邊、 副邊、 開(kāi)關(guān)管的 CE 極之間, 以及輸出整流二極管 上加裝 RC 吸收網(wǎng)絡(luò)。抑制電壓尖峰和電流浪涌。在輸出整流二極管支路中串接 可飽和非晶磁環(huán),以此來(lái)抑制二極管的反向浪涌電流,效果較好。如圖 3所示。圖 3RC 吸收網(wǎng)絡(luò)及磁環(huán)的使用舉例e. 排印制板時(shí),盡量減少高頻環(huán)路的面積,縮短高頻信號(hào)線(xiàn)。在整機(jī)布線(xiàn) 時(shí)還應(yīng)注意:不要把開(kāi)關(guān)電源的輸入交流電源線(xiàn)和輸出直流電源線(xiàn)靠在一起, 更不能捆扎 在一起,同時(shí)盡可能遠(yuǎn)離噪聲源。輸出直流電源線(xiàn)最好用雙絞線(xiàn),至少應(yīng)緊靠在一起走線(xiàn)。電源的輸入輸出電源線(xiàn)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離控制、驅(qū)動(dòng)電路中的信號(hào)線(xiàn)。f. 盡量減小開(kāi)關(guān)管

13、集電極與散熱片之間的分布電容 CI 。可以選用低介電常 數(shù)的絕緣墊, 并適當(dāng)加厚墊片的厚度。 必要時(shí), 在絕緣墊之間插入薄銅板作為靜 電屏蔽用。g. 接地電源接地的一個(gè)目的是為了安全, 另一個(gè)目的是考慮電磁兼容問(wèn)題。 一個(gè)良 好的接地系統(tǒng)對(duì)減小電磁干擾能起很大的作用。出于安全考慮的接地, 一般稱(chēng)為安全地, 是將電源金屬外殼與大地相連。 考 慮電磁兼容問(wèn)題時(shí),先要了解信號(hào)地、地環(huán)路干擾的概念。信號(hào)地:信號(hào)電流流回信號(hào)源的低阻抗路徑。 地環(huán)路干擾:當(dāng)?shù)鼐€(xiàn)上有一個(gè) 較大的電流流過(guò)時(shí), 由于地線(xiàn)的阻抗不為零, 會(huì)產(chǎn)生電壓降, 這個(gè)電壓會(huì)在兩個(gè) 電路的連接電纜上產(chǎn)生電流。 由于電路的不平衡性, 每根導(dǎo)線(xiàn)上的電流不同, 因 此會(huì)產(chǎn)生差模電壓, 對(duì)電路造成干擾。 這種干擾由于是在地線(xiàn)環(huán)路中產(chǎn)生電流引 起的,因此稱(chēng)為地環(huán)路干擾。解決好接地問(wèn)題的方法主要有:1盡量減少導(dǎo)線(xiàn)電感引起的高頻阻抗。2增加地環(huán)路的阻抗、使用初次級(jí)之間屏蔽的隔離變壓器或光電耦合器傳 輸信號(hào),以減小地環(huán)路干擾。3兩個(gè)單元電路最好不要共用一個(gè)電源供電及同一段地線(xiàn)。放大器屏蔽殼、變壓器屏蔽層的良好接地等。(2結(jié)構(gòu)上的措施:屏蔽屏蔽是解決電磁兼容問(wèn)題的重要手段之一,目的是切斷電磁波的傳播途徑。 大部分電磁兼容問(wèn)題都可以通過(guò)電磁屏蔽來(lái)解決。 用電磁屏蔽的方法解決電磁干 擾問(wèn)題的最大好處是不會(huì)影響電路的正常工作。屏蔽分為