開關(guān)電源電磁干擾及其抑制技術(shù)的分析

袁順剛，劉玉琦，常志國，曹 亞

（許繼電源有限公司，許昌　461000）

目前開關(guān)電源被應(yīng)用于生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，但是由于電磁干擾問題日益明顯，我國必須采取相應(yīng)措施確保開關(guān)電源供電的設(shè)備正常運(yùn)行。而由于一些開關(guān)電源具有高度智能化、高度功率以及MCU處理器等，所以導(dǎo)致開關(guān)電源內(nèi)部的場結(jié)構(gòu)與分布復(fù)雜，使系統(tǒng)容易導(dǎo)致不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，進(jìn)而降低了開關(guān)電源的抗干擾性，使電源開關(guān)的安全性無法保障，對生產(chǎn)生活領(lǐng)域造成了困擾。因此研究出一套開關(guān)電源電磁干擾抑制技術(shù)已經(jīng)成為開關(guān)電源使用過程中不可忽略的重要問題。

1　開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生原因

1.1　二極管反向恢復(fù)時間

正向二極管在高頻整流回路中導(dǎo)電時產(chǎn)生強(qiáng)大的正向電流，當(dāng)這些正向電流受反偏電壓的阻攔時，會導(dǎo)致PN結(jié)中的載流子產(chǎn)生積累，所以當(dāng)載流子積累一段時間之后，二極管中的正向電流無法正常通過，進(jìn)而出現(xiàn)反向電流，這樣載流子發(fā)生快速的反向恢復(fù)，線路中會出現(xiàn)巨大的電流變化，電磁干擾由此產(chǎn)生。

1.2　諧波干擾

功率開關(guān)中通過的電流較大，比如推護(hù)型，正激型以及椅式變換器的電流在負(fù)載時會變成矩形，所以它們中含有很多高次諧波電流，而諧波電流會因?yàn)榱汶妷洪_關(guān)的控制而減小。這是開關(guān)工作時受諧波干擾的主要原因。

1.3　交流輸入回路干擾

一些開關(guān)屬于無工頻變壓開關(guān)，當(dāng)它們的電源受二極管反向?qū)щ娺^程產(chǎn)生的高頻衰減震蕩干擾時，開關(guān)電源中會產(chǎn)生諧波干擾信號和尖峰干擾信號，這些干擾信號經(jīng)過開關(guān)電源的輸入或輸出端時，會通過端口向外傳播出去，我們稱這種干擾為傳導(dǎo)干擾，所以會在接口周圍的空間產(chǎn)生一些不穩(wěn)定的磁場和電場，電磁之間相互作用形成輻射變化，我們稱之為輻射干擾，是交流輸入回路干擾的主要形式。

1.4　其他干擾

在進(jìn)行開關(guān)設(shè)計時，元件的相關(guān)參數(shù)和開關(guān)電源的工作原理設(shè)計不夠準(zhǔn)確也是產(chǎn)生開關(guān)電源干擾的原因之一。在開關(guān)電源有關(guān)的電子電力操作系統(tǒng)中，開關(guān)電源主要受變壓器部分和功率轉(zhuǎn)換部分干擾，其中噪音頻譜主要分布在低頻部分。大多數(shù)情況下，功率變換裝置會產(chǎn)生干擾源，而控制模塊屬于敏感設(shè)備，是弱電裝置，功率變換裝置與控制模塊都安裝在同一個PCB裝置上，所以控制模塊容易受到功率變換裝置的干擾而無法正常工作。

2　開關(guān)電源電磁干擾的抑制技術(shù)

根據(jù)開關(guān)電源電磁干擾的特點(diǎn)，總結(jié)出抑制電磁干擾主要從減少電磁干擾源的干擾信號、提高電磁干擾敏感體的抗干擾性能以及截斷電磁干擾信號的路徑三個方面入手。

2.1　軟開關(guān)抑制技術(shù)

軟開關(guān)技術(shù)與“硬”開關(guān)技術(shù)是對立的兩個概念。軟開關(guān)技術(shù)建立在“硬”開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)之上。軟開關(guān)一般利用控制技術(shù)或諧振技術(shù)，是電流在電流在截斷或流通狀態(tài)下的新型技術(shù)。它能有效降低電源開關(guān)的噪聲和損耗，從而減少電源開關(guān)的電磁干擾。軟開關(guān)比“硬”開關(guān)有很多優(yōu)勢，比如“硬”開關(guān)電源在開啟和關(guān)閉的過程時電流和電壓出現(xiàn)重疊的狀況，并且電流和電壓變化幅度較大，過于明顯的脈沖會導(dǎo)致噪音產(chǎn)生。而軟開關(guān)避免了這一現(xiàn)象，軟開關(guān)內(nèi)部加入了電感和電容元件，極大程度的減少了電流和電壓重疊而產(chǎn)生的脈沖，降低開關(guān)中的噪聲。

2.2　開關(guān)調(diào)頻技術(shù)

開關(guān)頻率調(diào)制是指頻率調(diào)制信號隨瞬時頻率偏移的變化，我們在控制開關(guān)電源中的電磁干擾時應(yīng)了解：低頻段上產(chǎn)生的電磁干擾可以通過調(diào)節(jié)諧波點(diǎn)的控制開關(guān)，分散低頻段上集中的能量，進(jìn)而降低低頻段上的電磁干擾量。通過這樣的辦法，可以減小開關(guān)電源中的電磁干擾。

2.3　有源共模電磁干擾抑制技術(shù)

共模干擾也叫接地干擾和不對成干擾，是電流載體與大地之間產(chǎn)生的電磁干擾。有源抑制技術(shù)主要通過利用主回路中產(chǎn)生干擾電壓波形相反的電壓波形來抑制噪聲，當(dāng)電源開關(guān)正常工作時，共模干擾中寬頻段內(nèi)的電壓波形被有效抑制，這種作用于電磁干擾源上的抑制技術(shù)是開關(guān)電源電磁干擾最有效的抑制技術(shù)之一。

2.4　設(shè)計抑制電磁干擾的緩沖電路

對于緩沖電路設(shè)計的開關(guān)電源能消除電力線中存在的電磁干擾，對于消除與阻抗電涌、瞬變以及電壓的高低變化，緩沖電路可以起到重要作用。當(dāng)電路中的開關(guān)元件受外來電壓變化時，線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)能夠抑制共模干擾，主要抑制方式是采用靈敏接地的方法解決共模輻射問題。

3　結(jié)束語

綜上所述，開關(guān)電源中的電磁干擾來源主要是諧波干擾、交流輸入回路干擾以及二極管反向恢復(fù)時間造成的干擾，所以根據(jù)這些干擾源提出抑制干擾的辦法主要有軟開關(guān)抑制技術(shù)、開關(guān)調(diào)頻技術(shù)、有源共模電磁干擾抑制技術(shù)等，多種方式結(jié)合能有效衰減開關(guān)電源中的電磁干擾，從而保證電氣設(shè)備的高效運(yùn)行。

[1]王沈敏，周琪，陳瑛等.開關(guān)電源電磁干擾及其抑制技術(shù)研究標(biāo)準(zhǔn)[J].中國標(biāo)準(zhǔn)化，2016（24）：22，39.

[2]閻國健.開關(guān)電源的電磁干擾及抑制技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（29）.