開關電源傳導干擾分析與整改

杜建立,沈延峰（中國電子科學研究院系統電磁效能測試評估中心,北京 100041）

開關電源傳導干擾分析與整改

杜建立,沈延峰
（中國電子科學研究院系統電磁效能測試評估中心,北京 100041）

摘 要：本文針對開關電源在使用過程中對外圍設備產生的干擾展開研究，分析了其可能帶來的危害以及產生危害的原理，結合日常測試經驗給出相應的抑制方法，最后，通過整改實例驗證了該方法的有效性。

關鍵詞：EMI；抑制；測試；電源

0 引言

隨著現代科學技術的發展和電子產品種類的日新月異，各種電子設備和產品充斥著市場，機電、機械、微波、調頻等等不同門類不同型號，使得人類的生活環境布滿了各種頻率和頻段的電磁波譜和射線，這些射線相互影響、干擾已經嚴重威脅和影響了儀器設備的架設和正常使用，因此，EMC(電磁兼容)問題已經被廣泛研究和高度重視。其中，開關電源傳導干擾性問題也是不可以回避的問題。考慮到其與很多線性穩壓電源不同，特別是效率高、功耗小、重量輕、體積小等問題，就更不能不進行相關抗干擾的研究。同時，考慮到其主要缺點是產生較強的電磁干擾(EMI)，其信號具有寬頻率范圍和幅度的特點以及在傳導和輻射時會污染電磁環境的特點，必須采取有效措施開展抑制傳導干擾的工作和研究，為此首先要對產品進行電磁輻射波診斷，找出干擾源所在的具體位置以及相互干擾的方法和途徑，然后比對測試與分析的結果，最后根據結果對設備進行屏蔽整改。

1 干擾產生機理

由于開關電源中的開關管頻率較高，在開關開、閉過程中二極管和晶體管就會產生較高的電壓和電流，這種躍變所產生的峰值脈沖會對包括儲能電感線圈、高頻變壓器、導線、供電電源、機架、接地平面、互感或電容等產生不可忽略的影響，其中壓器型功率轉換電路以及電流高次諧波干擾產生的脈沖躍變電壓的影響最為大。究其原因主要有：正弦波被整流器整流以后成為多頻率的電流， 即單向脈動電流。該電流波形可以被分解成一個直流分量和一系列的交流分量。

分析產生這種脈沖干擾的原因發現 主要存在以下幾個問題：一是，開關功率晶體管的負載一般是儲能電感。在開關管導通的時候，變壓器會出現較大電流造成尖峰噪聲峰值。這個峰值噪聲就是尖脈沖，輕者造成電流干擾，重者有可能會導致開關管被擊穿；二是，輸入電流的畸變會產生干擾。開關電源輸入端一般會采用橋式整流電容濾濾電路（見圖1） ,這種電路濾波電容的充電時間短, 從而形成幅度高而寬度窄的脈沖電流（見圖2）。

通過傅氏變換可以得到：豐富的諧波成分包含在畸變的電流中。而且，數據表明輻射干擾和傳導干擾都是由于高次諧波的輸入而產生的，是豐富的諧波畸變；3) 整流二極管輸出會產生干擾。因為，反向電流在恢復到零點時該段時間與結電容相關，其決定于輸出整流二極管截止時。如果將反向電流迅速恢復到零點的二極管，這種情況下，分布參數包括二極管都會在變壓器漏感影響下產生強高頻干擾。

2 干擾抑制方法

EMI 是一種有效抑制尖脈沖干擾的濾波技術, 被廣泛用于濾除多種原因產生的傳導干擾。

圖3所示為一種由電感和電容組成的EM I 濾波裝置。該裝置接入開關電源。從該圖中可以看到： 高頻電路電容（C1、C5）用以濾除掉兩輸入電源線間的差模干擾C2與L1、C4等組成的共模干擾濾波環節,同時由于L 3、L 4 的初次級匝數相等、交流電流、極性相反在磁芯中產生的磁通相反，我們可以將其用于濾除電源線與地之間非對稱的共模干擾，從而實現有效抑制共模干擾。

3 整改實例分析

下面通過對某車載供電單元的整改實例加以分析（圖4）為整改前測試結果，超標頻段30kHz至60kHz和250kHz至400kHz。從測試結果可以看出，由于開關電源的總電流諧波含量比較高，導致諧波電流分別以傳導干擾和輻射干擾的方式污染了電網, 造成相關儀器無法正常運行，（圖5）為在DC28V濾波器入線端并連2.2μF電容一只。

橋式整流電容濾波電路有其自身特點的輸入屬性，其中，降低諧波含量是關鍵 ，同時也能提高線路功率。因為，電流諧波含量過高會導致功率因數發生重大變化，同時開關電源采用的該濾波電路也會導致電流諧波含量過高。在原濾波器基礎上電源新輸入端新增150μH共模電感一只、并連2.2μF電容一只，將其諧波含量降低。（圖6）為整改后測試結果。將有效的濾波手段和方法用于對開關電源的控制, 以期達到電磁兼容性要求。

4 結論

由于開關電源導致諧波電流含量過高從而以以傳導干擾、輻射干擾等方式造成電網被污染、導致一些相關電器設備無法正常運行。因此，在平時實驗測試中只有正確選擇濾波器元器件的參數, 才能有效地抑制開關電源產生的傳導干擾，保障電網內設備的正常工作。

參考文獻：

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