開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾抑制分析

李怡恒

摘 要

開(kāi)關(guān)電源是一種高效節(jié)能的優(yōu)質(zhì)電源。然而在電子設(shè)備工作過(guò)程中，開(kāi)關(guān)電源會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的電磁干擾。本文根據(jù)高中物理所學(xué)知識(shí)，在與老師的溝通和指導(dǎo)下，研究開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生原因，并從屏蔽、濾波、接地以及電路等方面簡(jiǎn)要分析了干擾抑制措施。

【關(guān)鍵詞】高中物理 開(kāi)關(guān)電源 電磁干擾 抑制

開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用十分廣泛，其小型化和高頻化雖然為電子設(shè)備的發(fā)展帶來(lái)了很多便利，但所產(chǎn)生的電磁干擾也愈發(fā)嚴(yán)重，對(duì)功能發(fā)揮的影響越來(lái)越大。因此，必須采取有效的電磁干擾抑制措施，削弱甚至消除電磁干擾，保證電子設(shè)備能夠正常運(yùn)行。

1 開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生原因

根據(jù)高中物理的知識(shí)學(xué)習(xí)，我們知道在電子設(shè)備的工作過(guò)程中通電電流的傳導(dǎo)會(huì)出現(xiàn)一些無(wú)用信號(hào)或電磁噪聲等，會(huì)對(duì)電路器件設(shè)備、傳輸通道以及系統(tǒng)的性能造成干擾，這種干擾就是電磁干擾。電磁干擾的出現(xiàn)有很多可能的原因，電磁干擾的的干擾源一般都是電壓電流變化比較大的元器件，包括開(kāi)關(guān)管、二極管及變壓器等。

通過(guò)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并學(xué)習(xí)資料，開(kāi)關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生的主要因素包括下面一些內(nèi)容：

1.1 開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生電磁干擾

開(kāi)關(guān)電源中原邊主電路的開(kāi)關(guān)管大多采用MOSFET功率管，這種開(kāi)關(guān)管具有小電荷存儲(chǔ)效應(yīng)，開(kāi)關(guān)速度快，在開(kāi)通、斷開(kāi)時(shí)，電磁干擾易于產(chǎn)生。對(duì)于這種電磁干擾，通常的做法是通過(guò)吸收電路進(jìn)行削弱，但加裝吸收電路會(huì)對(duì)電源效率造成一定影響。

1.2 高頻變壓器產(chǎn)生電磁干擾

在開(kāi)關(guān)電源的功率變換電路中，開(kāi)關(guān)管的負(fù)載是高頻電壓器的初級(jí)線圈，呈感性，在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通的瞬間，初級(jí)線圈中會(huì)出現(xiàn)很大的電流，相應(yīng)的線圈會(huì)產(chǎn)生很高的電壓；在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)的瞬間，初級(jí)線圈的部分能量停留在初級(jí)線圈中，無(wú)法導(dǎo)入次級(jí)線圈，這部分能量會(huì)在原邊電路中的電容和電阻上產(chǎn)生衰減震蕩。如果高頻變壓器兩端的濾波電容容量不夠大，或者高頻特性較差，電容上的高頻阻抗就會(huì)導(dǎo)致高頻電流以差模的方式傳導(dǎo)到交流電源中，從而產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。

1.3 整流電路產(chǎn)生電磁干擾

工頻交流電需要通過(guò)整流變成單向脈動(dòng)電流，轉(zhuǎn)換的結(jié)果除了直流分量外，還存在著一些高頻諧波分量，這些高頻諧波分量會(huì)導(dǎo)致輸入功率因數(shù)變小，同時(shí)還會(huì)附帶較大的THD，這不僅會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生很?chē)?yán)重的干擾，還會(huì)通過(guò)電源線造成射頻干擾。

2 開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾抑制措施

2.1 屏蔽技術(shù)

屏蔽是我們?nèi)粘Ｉ钪卸寄芙佑|到的物理原理，包括中央一套《加油！向未來(lái)》的節(jié)目中驗(yàn)證了特斯拉線圈的實(shí)驗(yàn)。電磁屏蔽的原理是通過(guò)加裝屏蔽體來(lái)削弱甚至完全阻擋電磁能量。在開(kāi)關(guān)電源的電磁屏蔽中，分為兩個(gè)部分：

（1）對(duì)產(chǎn)生電磁干擾的元器件進(jìn)行屏蔽；

（2）對(duì)容易受到電磁干擾的元器件進(jìn)行屏蔽。

開(kāi)關(guān)電源中，產(chǎn)生電磁干擾的元器件一般是變壓器、電感器以及各種功率器件，對(duì)于這些元器件的電磁屏蔽，可以使用銅板或者鐵板圍繞起來(lái)，從而削弱其產(chǎn)的電磁干擾。對(duì)于容易受到電磁干擾的元器件也可以采用相同的辦法進(jìn)行屏蔽。另外，還可以通過(guò)整體屏蔽的方法，使用強(qiáng)導(dǎo)電性的材料把開(kāi)關(guān)電源整體都圍繞起來(lái)，從而防止其中產(chǎn)生的電磁干擾向外擴(kuò)散。在應(yīng)用整體屏蔽時(shí)，需要注意以下兩點(diǎn)問(wèn)題：

（1）屏蔽材料的接縫、電線以及輸出端子的接口都很容易發(fā)生電磁泄漏，在應(yīng)用整體屏蔽時(shí)需要著重處理；

（2）整體屏蔽需要將開(kāi)關(guān)電源整體圍繞在屏蔽體中，這就會(huì)導(dǎo)致散熱出現(xiàn)阻礙，相應(yīng)的，設(shè)備成本也會(huì)增加。

2.2 濾波技術(shù)

通過(guò)《整流和濾波》部分的學(xué)習(xí)，我們可以知道濾波技術(shù)可以應(yīng)用到開(kāi)關(guān)電源傳導(dǎo)干擾的抑制中。通過(guò)學(xué)習(xí)其他資料了解到開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾包括共模干擾和差模干擾兩種，共模干擾出現(xiàn)在相線和地線以及中線和地線之間，共模干擾的電流會(huì)在相線和中線內(nèi)部同時(shí)出現(xiàn)，大小和方向都相同。差模干擾出現(xiàn)在相線和中線之間，差模干擾的電流同樣會(huì)在相線和中線內(nèi)容同時(shí)出現(xiàn)，大小相同，但是方向相反。濾波技術(shù)無(wú)論是對(duì)差模干擾還是共模干擾都有很好的抑制作用，由于共模干擾和差模干擾一般會(huì)同時(shí)出現(xiàn)在開(kāi)關(guān)電源傳導(dǎo)干擾中，所以在加裝濾波器時(shí)一般會(huì)將共模濾波和差模濾波同時(shí)考慮在內(nèi)。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，對(duì)于內(nèi)阻較高的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設(shè)計(jì)低值，對(duì)于內(nèi)阻低的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設(shè)計(jì)高值；負(fù)載電阻高時(shí)，濾波器輸出阻抗需要設(shè)計(jì)低值，負(fù)載電阻低時(shí)，濾波器輸出阻抗需要設(shè)計(jì)高值。

2.3 接地技術(shù)

接地技術(shù)是廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)物理技術(shù)，同時(shí)也是漏電保護(hù)中很常用且效果很好的一種技術(shù)。開(kāi)關(guān)電源中的接地屬于屏蔽接地。在設(shè)計(jì)屏蔽接地時(shí)，需要注意以下幾個(gè)方面。

（1）開(kāi)關(guān)電源的接地包括交流接地和直流接地，必須將兩者嚴(yán)格分離，一般采用浮地技術(shù)將開(kāi)關(guān)電源的直流地和交流地分隔開(kāi)，從而來(lái)屏蔽交流電源地線所產(chǎn)生的干擾。

（2）功率地和弱電地要分開(kāi)。功率地應(yīng)用于是負(fù)載電路或者功率驅(qū)動(dòng)電路，電流和電壓都很大，因此很容易產(chǎn)生干擾，必須和其他弱電地分隔開(kāi)。

（3）地線直徑盡量大。直徑小的地線會(huì)導(dǎo)致接地電位隨電流變化而變化，從而進(jìn)而影響抗噪聲性能。

2.4 電路措施

開(kāi)關(guān)電源干擾抑制中的電路措施包括吸收電路、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)以及器件選擇。

（1）開(kāi)關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生主要是憂郁電壓和電流的短時(shí)間大幅度變化，因此，在抑制電磁干擾時(shí)，可以通過(guò)設(shè)計(jì)吸收電路，分散能量，降低電路中的電壓和電流變化幅度。

（2）在原有的硬開(kāi)關(guān)電路中設(shè)置電感和電容，通過(guò)其諧振特性，能夠有效減少電壓和電流的重疊，從而降低電磁干擾。

（3）在開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)中，盡量選擇不容易產(chǎn)生、傳導(dǎo)以及輻射電磁干擾的元器件。

開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾一直是影響電路性能的一大問(wèn)題。通過(guò)資料的學(xué)習(xí)和分析，在開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾抑制中可以結(jié)合實(shí)際情況綜合使用多種電磁干擾抑制措施，這樣才能發(fā)揮最大的作用，有效保證電子設(shè)備的正常工作。

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作者單位

長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡中學(xué) 湖南省長(zhǎng)沙市 410002