開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生及其抑制方法

開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生及其抑制方法
      開(kāi)關(guān)電源中的干擾源和耦合通道
　　開(kāi)關(guān)電源首先將工頻交流電整流為直流電，然后經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)管的控制變?yōu)楦哳l，*后經(jīng)過(guò)整流濾波電路輸出，得到穩定的直流電壓，因此，自身含有大量的諧波干擾。同時(shí)，由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復電流造成的尖峰，都會(huì )產(chǎn)生不同程度的電磁干擾。開(kāi)關(guān)電源中的干擾主要集中在電壓、電流變化大（即 dv/dt或di/dt很大）的元器件上，尤其是開(kāi)關(guān)管、輸出二極管和高頻變壓器等。同時(shí)，雜散電容會(huì )將電網(wǎng)的噪聲傳導到電子系統的電源而對電子線(xiàn)路的工作產(chǎn)生干擾。 這里我們來(lái)分析一下幾種干擾產(chǎn)生的原因及其耦合的路徑。
　　1.1輸出整流濾波電路產(chǎn)生的濾波干擾開(kāi)關(guān)電源輸出端普遍采用橋式整流，電容濾波電路。由于整流二極管的非線(xiàn)性和濾波電容的儲能作用，使得輸出電流成為一個(gè)時(shí)間很短、峰值很高的周期性尖峰電流，。這種畸變的輸入電流，它除了基波外，還含有豐富的高次諧波分量。
　　1.2開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的干擾
　　開(kāi)關(guān)電路的核心也是主要的干擾源之一，它主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生的dv/dt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：
　?。?）在開(kāi)關(guān)管導通瞬間，變壓器初級線(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)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，儲藏在漏感中的這部分能量將和開(kāi)關(guān)管本身的極間電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷電壓上，形成關(guān)尖峰電壓。這個(gè)噪音聲會(huì )傳導到輸入輸出端，形成傳導干擾。
　?。?）輸出二極管在正向導通時(shí)，PN接內的電荷被積累，二極管加反向電壓時(shí)積累的電荷將消失并產(chǎn)生反向電流。由于二次整流回路中V在開(kāi)關(guān)轉換時(shí)頻率很高，即由導通轉變?yōu)榻刂沟臅r(shí)間很短，在短時(shí)間內要讓存儲電荷消失就產(chǎn)生反向電流的浪涌。由于直流輸出中的分布電容、分布電感的存在，使因浪涌引起的干擾成為高頻衰減減振蕩。
　?。?）高頻變壓器初級線(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。
　　1.3干擾的耦合通道
　　由于變壓器的初次級線(xiàn)圈間存在雜散電容，開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的共模干擾通過(guò)變壓器在原副邊相互傳播。相比較而言，差模干擾路徑比較簡(jiǎn)單也易于處理。本文主要介紹共模干擾的產(chǎn)生和抑制。
　　2、抑制電磁干擾的常用方法
　　下面就幾種干擾講我們制作開(kāi)關(guān)電源時(shí)的抑制方法。
　　2.1電源輸入EMI濾波器在電源進(jìn)線(xiàn)端通常采用如圖3所示電路。該電路對共模和差模紋波干擾均有較好抑制作用。圖中各元件的作用：
　　(1)、L，C1，C2用于濾除共模干擾信號。
　　L是共模電感，通常電感量為2MH-33mH左右。
　　C1，C2為旁路電容，又稱(chēng)Y電容。電容量要求2200pF左右。電容量過(guò)大會(huì )影響設備的絕緣性能。
　　(2)、C3，C4用于濾除差模干擾信號。
　　C3，C4為電源跨接電容，又稱(chēng)X電容。常用陶瓷電容或聚酯薄膜電容。電容量取0.22μF-0.47μF。
　　2.2開(kāi)關(guān)管和輸出二極管的緩沖電路，由于開(kāi)關(guān)管和輸出二極管的高速開(kāi)關(guān)引起的干擾，可以通過(guò)增加緩沖電路來(lái)減少。
　　2.3高頻變壓器的設計和制作
　　變壓器是開(kāi)關(guān)電源的*關(guān)鍵器件之一。變壓器不僅要設計合理，在制作上也很有講究。一個(gè)好的變壓器既要滿(mǎn)足帶負荷能力，還要能起到較少和抑制干擾的作用。首先應根據輸出負載的大小選擇變壓器的類(lèi)型和磁芯的型號。確定變壓器的線(xiàn)徑及線(xiàn)數。依據bobbin的槽寬并以電流密度6A/mm2為參考，綜合考慮電流的趨膚效應，決定變壓器的線(xiàn)徑及線(xiàn)數。根據電路的拓撲結構和設計要素，計算初次級繞組的電感量，如果是反激式電源還應計算變壓器氣隙的大小，氣隙的大小決定了變壓器的帶負載能力，同時(shí)也會(huì )影響變壓器漏感的大小。而漏感是產(chǎn)生干擾的一個(gè)重要原因，在滿(mǎn)足帶負載能力的情況下，漏感以小些為好。變壓器的結構設計和繞組分配。
　　變壓器有兩種常見(jiàn)的繞法：順序繞法和夾層繞法。順序繞法一般漏感為原邊電感量的5%左右，但由于初，次級只有一個(gè)接觸面，原副邊間雜散電容較小。夾層繞法一般漏感為原邊電感量的1-3%左右，但由于初，次級只有一個(gè)接觸面，原副邊間雜散電容較大。漏感是產(chǎn)生干擾的重要因素，原副邊間雜散電容是干擾的傳播通道，為抑制干擾，既要減少漏感又要減小漏感原副邊間雜散電容。
　　因此，設計時(shí)應綜合考慮這兩個(gè)方面進(jìn)行設計，具體采用何種繞法應該根據實(shí)際情況而定。變壓器的屏蔽層。在EMI干擾較強的情況下，常在變壓器的初次級之間加入一層屏蔽層，通過(guò)加入屏蔽層切斷了初次級間雜散電容的路徑，讓其都對地形成電容，其屏蔽效果非常好，可以大為減少EMI，同時(shí)對于電網(wǎng)串入的瞬態(tài)干擾也有一定的抑制作用。但變壓器的制作工藝和成本都上升。屏蔽層有銅層和繞線(xiàn)層兩種，銅層的效果*佳。輸出整流濾波為了增加對干擾的濾波效果，可以在電源的二次輸出側加入二級濾波和一個(gè)共模電感。L1，C1組成二級濾波電器，濾除差模干擾；L2是輸出共模電感，濾除輸出電壓中所含有的共模干擾。
　　2.5PCBLAYOUT應注意的問(wèn)題
　　布線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源中包含有高頻信號，PCB上任何印制線(xiàn)都可以起到天線(xiàn)的作用，印制線(xiàn)的長(cháng)度和寬度會(huì )影響其阻抗和感抗，從而影響頻率響應。因此應將所有通過(guò)高頻交流的電流和印制線(xiàn)設計得盡可能短而寬，這意味著(zhù)必須將所有連接到印制線(xiàn)和連接到其他電源線(xiàn)的元器件放置的很近。印制線(xiàn)的長(cháng)度與其表現出的電感量和阻抗成正比，而寬度則與印制線(xiàn)的電感量和阻抗成反比。根據印制線(xiàn)路經(jīng)電流的大小，應盡量加粗電源線(xiàn)寬度，減少環(huán)路電阻。      當然，開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生及其抑制方法還有很多，這里提到的電磁干擾主要是群脈沖干擾及雷擊浪涌信號干擾，實(shí)驗上通?？梢赃x用脈沖群發(fā)生器和雷擊浪涌發(fā)生器來(lái)模擬實(shí)現，想了解相關(guān)儀器詳細信息，可點(diǎn)擊：http://www.dgzhongsheng.com/Product.asp?BigClassName=EMC%B5%E7%B4%C5%BC%E6%C8%DD%B2%E2%CA%D4%D2%C7%C6%F7。