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開(kāi)關(guān)電源電磁干擾機理與抑制措施小析
日期：2024-06-26 11:58
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摘要：
開(kāi)關(guān)電源電磁干擾機理與抑制措施小析
一、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種?，F在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明：
1、二極管的反向恢復時(shí)間引起的干擾
高頻整流回路中的整流二極管正向導通時(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉向截止時(shí),由于p n結中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì )反向流動(dòng),致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。
2、開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾
功率開(kāi)關(guān)管在導通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開(kāi)關(guān)時(shí),這種諧波干擾將會(huì )很小。另外,功率開(kāi)關(guān)管在截止期間,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
無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復期間會(huì )引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。
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)電源的輸入輸出線(xiàn)傳播出去而形成的干擾稱(chēng)之為傳導干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,通過(guò)輸入輸出線(xiàn)傳播時(shí),都會(huì )在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱(chēng)為輻射干擾。
4、其他原因
元器件的寄生參數，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設計不夠**，印刷線(xiàn)路板（p c b）走線(xiàn)通常采用手工布置，具有很大的隨意性，
p c b的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì )造成emi干擾。
開(kāi)關(guān)電源電磁干擾機理與抑制措施小析
二、電磁干擾的相關(guān)理論
1、開(kāi)關(guān)電源的主要電磁干擾源開(kāi)關(guān)電源中的電磁干擾源主要有開(kāi)關(guān)器件、二極管和非線(xiàn)性無(wú)源元件。在開(kāi)關(guān)電源中，印制板布線(xiàn)不當也是引起電磁
干擾的一個(gè)主要因數。
1.1開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾
對開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾是其主要干擾源之一。開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的核心，主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。他產(chǎn)生的d v/d t具有較大的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是：
(1)開(kāi)關(guān)管負載為高頻變壓器初級線(xiàn)
圈，是感性負載。在開(kāi)關(guān)導通瞬間，初級線(xiàn)圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級線(xiàn)圈的兩端出現較高的浪涌尖峰電壓；在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)瞬間，由于初級線(xiàn)圈的漏磁通，致使一部分能量沒(méi)有從一次線(xiàn)圈傳輸到二次線(xiàn)圈，儲藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷尖峰電壓。這種電源電壓中斷會(huì )產(chǎn)生與初級線(xiàn)圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變，這個(gè)噪聲會(huì )傳導到輸入輸出端，形成傳導干
擾，重者有可能擊穿開(kāi)關(guān)管。
(2)脈沖變壓器初級線(xiàn)圈，開(kāi)關(guān)管和濾波電容構成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路可能產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾，如果電容濾波容量不足或高頻特性不好，電容上的高頻阻抗會(huì )使高頻電流以差模方式傳導到交流電源中形成傳導干擾。
1.1.2二極管整流電路產(chǎn)生的電磁干擾
主電路中整流二極管產(chǎn)生的反向恢復電流的|d i/d t|遠比續流二極管恢復電流|di/dt|小得多。作為電磁干擾源來(lái)研究，整流二極管反向恢復電流形成的干擾強度大，頻帶寬。整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠小于電源中的功率開(kāi)關(guān)管導通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。因此，不計整流二極管產(chǎn)生的|dv/dt|和|di/dt|的影響，而把整流電路當成電磁干擾耦合通道的一部分來(lái)研究也是可以的。
2、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的耦合通道
開(kāi)關(guān)電源通過(guò)耦合通道對自身產(chǎn)生干擾。通常多采用差模和共模干擾加以分析。
“共模干擾”是指干擾大小和方向一致，其存在于電源任何一相對大地、或中線(xiàn)對大地間。共模干擾也稱(chēng)縱模干擾、不對稱(chēng)干擾或接地干擾，是載流體與大地之間的干擾。
“差模干擾”是指干擾大小相等，方向相反，其存在于電源相線(xiàn)與中線(xiàn)之間。差模干擾也稱(chēng)常模干擾、橫模干擾或對稱(chēng)干擾。這是載流體之間的干擾。
共模干擾說(shuō)明了干擾是由輻射或串擾耦合到電路中的。而差模干擾則說(shuō)明了干擾是源于同一條電路的。通常這兩種干擾是同時(shí)存在的，由于線(xiàn)路阻抗的不平衡，兩種干擾在傳輸中還會(huì )互相轉化，所以情況非常復雜。
三、抑制干擾的幾種措施
形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備。因而,抑制電磁干擾也應該從這3方面著(zhù)手。首先應該抑制干擾源,直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑（見(jiàn)圖2）;第三是提高受擾設備的抗擾能力,減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設備之間的耦合通道，它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。
采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如,功率開(kāi)關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率損耗,為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時(shí)需要導熱性能好的絕緣片進(jìn)行絕緣,這就使器件與底板和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容,開(kāi)關(guān)電源的底板是交流電源的地線(xiàn),因而通過(guò)器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產(chǎn)生共模干擾,解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割斷了射頻干擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。為了抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射,電磁干擾對其他電子設備的影響,可完全按照對磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩,然后將整個(gè)屏蔽罩與系統的機殼和地連接為一體,就能對電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如,靜電屏
蔽層接地可以抑制變化電場(chǎng)的干擾;電磁屏蔽用的導體原則上可以不接地,但不接地的屏蔽導體時(shí)常增強靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負靜電屏蔽”效應,所以仍以接地為好,這樣使電磁屏蔽能同時(shí)發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連,可為信號回路提供穩定的參考電位。因此,系統中的**保護地線(xiàn)、屏蔽接地線(xiàn)和公共參考地線(xiàn)各自形成接地母線(xiàn)后,*終都與大地相連.
在電路系統設計中應遵循“一點(diǎn)接地”的原則,如果形成多點(diǎn)接地,會(huì )出現閉合的接地環(huán)路,當磁力線(xiàn)穿過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應噪聲,實(shí)際上很難實(shí)現“一點(diǎn)接地”。因此,為降低接地阻抗,消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地,利用一個(gè)導電平面(底板或多層印制板電路的導電平面層等)作為參考地,需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統中,應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線(xiàn)單獨連接后,再連接到公共參考點(diǎn)上?！?/span>
濾波是抑制傳導干擾的一種很好的辦法。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),它們能夠改善電路的濾波特性。
恰當地設計或選擇濾波器,并正確地安裝和使用濾波器,是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。
產(chǎn)生開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作。**抑制開(kāi)關(guān)電源的各種噪聲會(huì )使開(kāi)關(guān)電源得到更廣泛的應用
一、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種?，F在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明：
1、二極管的反向恢復時(shí)間引起的干擾
高頻整流回路中的整流二極管正向導通時(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉向截止時(shí),由于p n結中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里,電流會(huì )反向流動(dòng),致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。
2、開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾
功率開(kāi)關(guān)管在導通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開(kāi)關(guān)時(shí),這種諧波干擾將會(huì )很小。另外,功率開(kāi)關(guān)管在截止期間,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
無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復期間會(huì )引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。
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)電源的輸入輸出線(xiàn)傳播出去而形成的干擾稱(chēng)之為傳導干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,通過(guò)輸入輸出線(xiàn)傳播時(shí),都會(huì )在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱(chēng)為輻射干擾。
4、其他原因
元器件的寄生參數，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設計不夠**，印刷線(xiàn)路板（p c b）走線(xiàn)通常采用手工布置，具有很大的隨意性，
p c b的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì )造成emi干擾。
開(kāi)關(guān)電源電磁干擾機理與抑制措施小析
二、電磁干擾的相關(guān)理論
1、開(kāi)關(guān)電源的主要電磁干擾源開(kāi)關(guān)電源中的電磁干擾源主要有開(kāi)關(guān)器件、二極管和非線(xiàn)性無(wú)源元件。在開(kāi)關(guān)電源中，印制板布線(xiàn)不當也是引起電磁
干擾的一個(gè)主要因數。
1.1開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾
對開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾是其主要干擾源之一。開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的核心，主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。他產(chǎn)生的d v/d t具有較大的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是：
(1)開(kāi)關(guān)管負載為高頻變壓器初級線(xiàn)
圈，是感性負載。在開(kāi)關(guān)導通瞬間，初級線(xiàn)圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級線(xiàn)圈的兩端出現較高的浪涌尖峰電壓；在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)瞬間，由于初級線(xiàn)圈的漏磁通，致使一部分能量沒(méi)有從一次線(xiàn)圈傳輸到二次線(xiàn)圈，儲藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷尖峰電壓。這種電源電壓中斷會(huì )產(chǎn)生與初級線(xiàn)圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變，這個(gè)噪聲會(huì )傳導到輸入輸出端，形成傳導干
擾，重者有可能擊穿開(kāi)關(guān)管。
(2)脈沖變壓器初級線(xiàn)圈，開(kāi)關(guān)管和濾波電容構成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路可能產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾，如果電容濾波容量不足或高頻特性不好，電容上的高頻阻抗會(huì )使高頻電流以差模方式傳導到交流電源中形成傳導干擾。
1.1.2二極管整流電路產(chǎn)生的電磁干擾
主電路中整流二極管產(chǎn)生的反向恢復電流的|d i/d t|遠比續流二極管恢復電流|di/dt|小得多。作為電磁干擾源來(lái)研究，整流二極管反向恢復電流形成的干擾強度大，頻帶寬。整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠小于電源中的功率開(kāi)關(guān)管導通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。因此，不計整流二極管產(chǎn)生的|dv/dt|和|di/dt|的影響，而把整流電路當成電磁干擾耦合通道的一部分來(lái)研究也是可以的。
2、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的耦合通道
開(kāi)關(guān)電源通過(guò)耦合通道對自身產(chǎn)生干擾。通常多采用差模和共模干擾加以分析。
“共模干擾”是指干擾大小和方向一致，其存在于電源任何一相對大地、或中線(xiàn)對大地間。共模干擾也稱(chēng)縱模干擾、不對稱(chēng)干擾或接地干擾，是載流體與大地之間的干擾。
“差模干擾”是指干擾大小相等，方向相反，其存在于電源相線(xiàn)與中線(xiàn)之間。差模干擾也稱(chēng)常模干擾、橫模干擾或對稱(chēng)干擾。這是載流體之間的干擾。
共模干擾說(shuō)明了干擾是由輻射或串擾耦合到電路中的。而差模干擾則說(shuō)明了干擾是源于同一條電路的。通常這兩種干擾是同時(shí)存在的，由于線(xiàn)路阻抗的不平衡，兩種干擾在傳輸中還會(huì )互相轉化，所以情況非常復雜。
三、抑制干擾的幾種措施
形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備。因而,抑制電磁干擾也應該從這3方面著(zhù)手。首先應該抑制干擾源,直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑（見(jiàn)圖2）;第三是提高受擾設備的抗擾能力,減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設備之間的耦合通道，它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。
采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如,功率開(kāi)關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率損耗,為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時(shí)需要導熱性能好的絕緣片進(jìn)行絕緣,這就使器件與底板和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容,開(kāi)關(guān)電源的底板是交流電源的地線(xiàn),因而通過(guò)器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產(chǎn)生共模干擾,解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割斷了射頻干擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。為了抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射,電磁干擾對其他電子設備的影響,可完全按照對磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩,然后將整個(gè)屏蔽罩與系統的機殼和地連接為一體,就能對電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如,靜電屏
蔽層接地可以抑制變化電場(chǎng)的干擾;電磁屏蔽用的導體原則上可以不接地,但不接地的屏蔽導體時(shí)常增強靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負靜電屏蔽”效應,所以仍以接地為好,這樣使電磁屏蔽能同時(shí)發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連,可為信號回路提供穩定的參考電位。因此,系統中的**保護地線(xiàn)、屏蔽接地線(xiàn)和公共參考地線(xiàn)各自形成接地母線(xiàn)后,*終都與大地相連.
在電路系統設計中應遵循“一點(diǎn)接地”的原則,如果形成多點(diǎn)接地,會(huì )出現閉合的接地環(huán)路,當磁力線(xiàn)穿過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應噪聲,實(shí)際上很難實(shí)現“一點(diǎn)接地”。因此,為降低接地阻抗,消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地,利用一個(gè)導電平面(底板或多層印制板電路的導電平面層等)作為參考地,需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統中,應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線(xiàn)單獨連接后,再連接到公共參考點(diǎn)上?！?/span>
濾波是抑制傳導干擾的一種很好的辦法。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),它們能夠改善電路的濾波特性。
恰當地設計或選擇濾波器,并正確地安裝和使用濾波器,是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。
產(chǎn)生開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作。**抑制開(kāi)關(guān)電源的各種噪聲會(huì )使開(kāi)關(guān)電源得到更廣泛的應用
