電磁干擾對開關電源的影響與抑制技術研究

鄧瑯

摘 要：在電力電子技術與功率器件的發(fā)展之下，開關電源在各類工業(yè)領域中得到了應用，開關電源有著可靠性高、效能高、重量輕、體積小的優(yōu)勢，在各類電氣產(chǎn)品中都表現(xiàn)出了良好的應用效果。但是，由于開關電源在大電流、高電壓環(huán)境下工作，因此，必然會受到電磁干擾的影響。該文主要針對開關電源的電磁干擾類型與抑制技術展開分析。

關鍵詞：開關電源 電磁干擾 抑制技術

中圖分類號：TN86 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（b）-0066-02

開關電源是現(xiàn)在電子設備最常見的一種電源裝置，具有低能耗、高效率、體積小等獨特的優(yōu)點，電源開關主要運用在計算機、機電設備、各種表盤儀器、通信設備和家用電器等裝置中，其使用性能的好壞直接影響到整個系統(tǒng)安全性和可靠性。開關電源直接利用現(xiàn)代電力電子技術，控制開關管開通和關斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關電源一般由脈沖寬度調制（PWM）控制IC和MOSFET構成。隨著電力電子技術的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關電源技術也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關電源以小型、輕量和高效率的特點被廣泛應用幾乎所有的電子設備，是當今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。

1 開關電源電磁干擾的產(chǎn)生機理

1.1 二極管的反向恢復時間導致的電磁干擾

高頻整流回路中的正向二極管導電時會有強大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉向阻攔時，因為PN結中有許多的載流子反復積累，所以在載流子存在的一段時間內，電流無法正常通過會出現(xiàn)反向電流，導致載流子消失的反向恢復電流瞬間減少而發(fā)生很大的電流變化，從而產(chǎn)生電磁干擾。

1.2 開關管工作時產(chǎn)生的諧波干擾

通常情況下，功率開關管在進行導電時，都會有較大的脈沖電流流過。比如正激型、推護型和椅式變換器的輸入電流波形在承受負載時可以看作是矩形波，其中含有大量的高次諧波電流。當運用零電流、零電壓開關進行控制時，這種諧波干擾就會快速減小。除此之外，功率開關管在有效工作期間，高頻變壓器繞組漏感導致的電流突變，是產(chǎn)生尖峰干擾的主要因素。

1.3 交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

無工頻變壓器的開關電源輸入端，二極管在反向導電過程中會導致高頻衰減振蕩從而產(chǎn)生干擾。開關電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾信號，經(jīng)過開關電源的輸入輸出接口傳播出去而產(chǎn)生的干擾稱為傳導干擾；但是余波和寄生振蕩的電流，通過輸入輸出接口以后，就會在空間產(chǎn)生不穩(wěn)定的電場和磁場，這種由于電磁輻射變化產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

1.4 其他原因

相關元件的工作參數(shù)，開關電源的工作原理設計方案不夠完美，印刷線路板（PCB）走線一般都是使用手工操作，存在非常大的隨意性，PCB的磁場受到較大的干擾，并且印刷板上零件的安裝、拜訪以及位置的不準確在一定程度上都會產(chǎn)生EMI干擾。在電力電子操作系統(tǒng)中，主要的干擾源是功率轉換部分和變壓器部分；雖然噪聲頻譜范圍很廣泛，但是其最主要的分布區(qū)域還是在低頻段。功率變換裝置和控制模塊通常都安裝在相同的PCB上。前者在多數(shù)情況都會產(chǎn)生干擾源；后者則屬于弱電裝置，是敏感設備。PCB走線一般都是使用手工操作，存在非常大的隨意性，因而增加了PCB分布參數(shù)的范圍和近場干擾的實際難度，所以控制模塊很可能會在受到干擾后無法正常工作。

2 開關電源工作時的干擾源及抑制

2.1 開關電源工作時的干擾源

產(chǎn)生干擾的來源非常廣泛， 比如外來干擾、機械振動、電路設計紊亂、元件選取錯誤以及結構分布或布線不正確導致的電源噪聲增大等。 在開關穩(wěn)壓器中， 功率三極管和二極管在開-關啟動過期間所產(chǎn)生的射頻能量，成為干擾的主要來源之一。 由于頻率比普通的干擾源較高， 它用電磁能的方式直接向空間產(chǎn)生輻射， 或者轉換成干擾電流的方式沿著輸入、輸出端口的導線傳送。開關電源工作時所產(chǎn)生的高頻率諧波混入公用電網(wǎng)， 對運用公用電源的其他電子設備到來強烈的干擾， 同時其自身也受到來自公用電網(wǎng)及空間電磁信號的的干擾和影響。

2.2 噪聲源的抑制

2.2.1 采用有源濾波器

一般情況下有源濾波器能使用容量較小的濾波電容來實現(xiàn)較好的濾波效果。電路是一種有源濾波器裝置。它是管局晶體管的電流放大效益， 通過把發(fā)射極的電流擠壓到基極， 然后再基極回路中進行濾波。二極管和三極管組成的濾波器使基極紋波非常小， 這樣射極紋波也很小。 由于二極管的容量小于三極管， 減少了電容的電阻。這種方式一般情況下適用于低壓小功率電源。

2.2.2 采用雙變換器方式

在開關電源中運用雙變換器方式進行高次諧波的控制是目前使用最廣泛的方法。通常的雙變換器方式，使用前級的升（ 降） 壓斬波器，在輸入電流波轉換成正弦交流電以后，由PFC 電路對其功率進行控制和完善，同時應用后級的DC- DC變換器進行穩(wěn)定的電壓輸出和控制。實際上，變換器承擔了有源濾波器的作用。這種方式特別適合高壓大功率電源。

2.2.3 采用零電壓開關、零電流開關電路

使用零電壓、零電流開關技術能夠使高次諧波得到抑制，同時還能增強EMI信號抑制能力。開關電源在開關工作時， 由于儲能裝置的儲存及釋放電能是導致電磁干擾的主要原因，所以，如果能實現(xiàn)開關電源在零電壓、零電流時進行轉換， 就能夠避免電磁干擾的出現(xiàn)。

2.3 應用軟開關技術

近年來，軟開關技術的應用也逐漸成熟，在開關電路中也體現(xiàn)出突出的優(yōu)勢，應用這一技術，零開關PWM變換器、諧振變換器、零轉換PWM等軟開關技術誕生。以諧振變化器為例，利用這一技術可以實現(xiàn)開通與關斷軟開關技術，要實現(xiàn)軟開關技術，必須要借助輔助電路，電流變化與高電壓輔助支路的應用會導致電路EMI增加，但是關于這一技術的應用還不廣泛，需要進一步展開研究。

3 結語

在設計開關電源時應綜合考慮各種因素，盡可能抑制開關電源的各種噪聲?？偠灾?，為了減小電磁干擾對于開關電源造成的影響，需要采用綜合性的技術措施，從干擾源、傳播途徑以及干擾設備來著手，保證開關電源的運行環(huán)境。

參考文獻

[1] 鄭昕昕，肖嵐，劉新天，等.兩級寬輸入開關電源占空比振蕩的幾何分析[J].電氣傳動，2016（5）：20-23.

[2] 徐娟.電子儀器儀表中電磁干擾的抑制方法分析[J].自動化與儀器儀表，2014（6）：177-179.

[3] 劉先鋒，王連群，趙培均，等.開關電源電磁干擾抑制方法探討[J].通信電源技術，2011（3）：53-55.

[4] Un E，Hava A M.Perfomance analysis and Comparion of Reduced common Mode Voltage PWM andstandard PWM Techniques for Three phase Voltage Inverters[J]. The Twenty first Annual IEEE AppliedPower Electronics Conference and Exposition，2009，24（1）：241-252.

[5] 董穎華，陸婋泉，趙陽，等.基于新能源利用的逆變系統(tǒng)電磁干擾噪聲解決方案[J].電子質量，2010（1）：58-61.