電子設備電源濾波技術與機理分析

摘要：本文從電子設備中并且在生產生活中應用非常之普遍的開關電源的原理進行了探討。由于各種各樣開關電源的工作原理都相似的原因，都被電磁干擾的問題嚴重困擾著。電磁干擾信號經傳輸和輻射對電子產品、通信設施等電磁污染嚴重。本文主要介紹了電磁干擾的傳送方式和產生的機理的分析：一種是輻射的傳輸方式，另一種便是傳導傳輸方式[1]。因此，本文從電磁干擾產生的機理出發，著重分析了各種開關電源的電磁干擾產生的原因，并且總結出了減少電磁干擾的辦法。比如濾波技術、屏蔽技術和接地技術等。

關鍵詞：開關電源；電磁干擾；抑制電磁

科學技術的發展是衡量一個國家的實力強弱的標準，所以我國要大力發展科技，大力支持科研。開關在生活中幾乎應用到所有電氣產品中主要是因為其體積小、質量輕、高效率、可靠性高等幾大特點。在發展的道路上由于開關電源工作的條件是在高電流、高電壓的惡劣環境下，并且向著高頻大功率看齊。其功率密度的增長的原因，使電源內部矛盾激化。并且使得其走上電磁干擾嚴重的道路上。電磁干擾的嚴重程度影響著生產環境和生產設備以及人身安全，比如在醫療中的大型CT機，核磁共振機的應用不僅對病人的身體健康有著一定程度的損害，同樣對于長期處于電磁干擾下的一戶工作人員也有長期的傷害，所以在抑制電磁干擾和減少干擾是勢在必行。隨著國際的電磁干擾的法規的日益重視與探究，削減和抑制開關電源中的電磁發射所造成的電磁干擾成為探討和研究的重要課題。開關電源存在電磁干擾的原因：由于開關電源在加工作業中產生高di/dt和高dv/dt，并產生浪涌電流和尖峰電壓形成了強大的干擾來源。在這種干擾源的影響下，正常工作要么不能進行，要么會付出慘重的代價因此，這就是產生電磁干擾的最根本的原因。而在開關電源在工作時，電線正負快速的切換，在附近釋放出輻射，因此產生大量輻射干擾。這些輻射都通過電源導線以其各種看不見的形式向外傳導。并向大范圍空間輻射出電磁能量[2]。

1 電磁干擾的分類及產生機理

1.1 電磁干擾的產生

開關電源的工作原理主要是先把工頻交流整流成為直流，再逆變成為高頻。隨后通過整流濾波電路得到輸出，這時得到的便是穩定的直流電壓，這使得開關電源產生大量的電磁干擾。開關電源主要在電壓、電流變化大的時候出現電磁干擾，這種干擾必然出現的，而且只能抑制或者減弱并不能徹底消除。這種干擾主要突出表現在開關管、三極管、高頻設備等上面。開關電路不僅僅是開關電源的核心，并且還是開關電源的主要電磁干擾源之一。它主要是由開關管和高頻變壓器組成的重要電子器件。而且開關電源在不同情況下容易產生高頻、傳導、共模等不同的干擾。

1.2 電磁干擾的傳輸

電磁干擾的傳輸方式有傳導傳輸和輻射傳輸兩種。在開關電源的開通與斷開產生的則是傳導傳輸干擾，而傳導干擾又有共模和差摸兩種干擾。差模干擾則是在電源正負之間產生的對稱性干擾；而共模則反之，是電源正負之間非對稱干擾。而輻射干擾是干擾信號通過某種介質以電磁波的形式進行干擾的傳播方式[3]。

2 開關電源的電磁干擾抑制技術

目前開關電源對于抗干擾的技術已經取得前所未有的突破性成就，比如EMI抑制技術除了屏蔽、接地等常用技術。EMI濾波器技術、共模干擾源抑制技術等一些新技術也已經趨于成熟，可以有效的解決目前的一些棘手的問題。這些新技術有利于我們國家的發展和未來前景。

電源濾波器高頻插入損耗的重要性：大多數人都認為，傳導發射極限值的頻率上限為30MHZ，沒有必要對濾波器的高頻衰減提出要求。這是很多人的錯誤理解，恰恰是因為存在這種錯誤的概念，使很多人在使設備電磁兼容滿足標準的時候繞了不少彎道，并且花費了大量的時間和經費。

2.1 電源濾波技術

在濾波器的選用上面也得注意很多方面，比如耐壓性、額定電流、屏蔽和可靠性等等。并且從濾波器的安裝方面出發，安裝是否正確也是對插入損耗影響特別大；只有按照正確的安裝方法安裝恰當才能起到預期濾波的效果，才能有效的達到預期效果。

2.2 電磁干擾屏蔽技術

抑制電磁干擾的另一種有效方法便是屏蔽。屏蔽一般分為靜電屏蔽和電磁屏蔽兩種。靜電屏蔽主要抑制靜電場和恒定磁場的干擾，電磁屏蔽則是預防交變磁場、電場以及交變電磁場的電磁干擾[4]這兩種有效的屏蔽已經熟悉運用于各個應用成所。而且在某種特殊的情況下采用電磁干擾屏蔽技術能夠從根本上去抑制開關電源產生的電磁輻射干擾。比如一些經常有大功率的損耗的需要安裝屏蔽在電源地板。在安裝時需要良好的絕緣片進行絕緣，這樣做的目的是讓兩板上產生分布電容，在絕緣片在接地的情況下，直接斬斷了傳播的途徑。有效的抑制了電磁干擾。

2.3 PCB技術的介紹

PCB技術主要包括了PCB布局、布線、接地三方面。PCB技術主要是減少了PCB的電磁輻射和PCB上電路的一系列干擾，而解決輻射干擾問題的關鍵是在于縮小通路的面積，開關電源元器件上則需要在布局上更加緊密分布排列電場和電磁。布線則必須增大線間距離，降低輸入阻抗采用靜電屏蔽來屏蔽電磁干擾。

2.4 接地技術概述

接地技術，顧名思義就是將系統某電接地導電。采用良好的接地一方面可以保護人身安全和設備完好，另一方面還可以非常可觀的抑制電磁干擾。而如果讓接地和屏蔽有效的結合起來，便能解決大部分目前棘手的EMI問題。例如讓靜電屏蔽系統再接地便可以抑制電場的干擾；靜電系統不接地可能出現“負靜電屏蔽”效應，所以接地還能有效避免“負靜電屏蔽”效應的發生。接地還可以為電路回路中提供穩定的參考電位。所以，為了系統的安全，生活中大部分都有接地的習慣。

3 結論

在電力電子線路中的電磁干擾問題中，始終較為復雜的情況困擾著我們。在歷史的道路中，經過大家的研究和探討，有了很多進步和成果。電磁干擾技術仍然是比較復雜的技術，在本文中主要對電子設備中的開關電源電磁干擾技術進行了探討，介紹了傳輸的幾種途徑和抑制電磁干擾技術的方法。而其他電子設備中的電磁干擾、輻射等問題也值得深入探討。

參考文獻：

[1]彭應歸.開關電源的干擾及其抑制[J].中國電子商務，2014（5）.

[2]白麗華.開關電源的干擾及其抑制[J].科技信息，2013（10）.

[3]卞榮.開關電源電磁干擾的研究及其 EMI 濾波器設計建議[J].科學與財富，2014（4）.

[4]胡義貴.芻議開關電源的干擾問題[J].科技探索，2012（12）.

作者簡介：劉永峰（1979），男，大豐人，漢族，大學本科，中學一級職稱，研究方向：電子應用。