高頻開關(guān)電源中的電磁干擾與處置方式

靳慧

高頻開關(guān)電源是電力系統(tǒng)中較為常用的電氣設(shè)備之一，它的運行穩(wěn)定與否至關(guān)重要。文章首先對高頻開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機進行簡要分析，在此基礎(chǔ)上對處置高頻開關(guān)電源電磁干擾問題有效方式進行論述。期望通過本文的研究能對高頻開關(guān)電源電磁干擾問題的解決提供幫助。

【關(guān)鍵詞】高頻開關(guān)電源 電磁干擾 處置

1 高頻開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理分析

在分析高頻開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理之前，需要先對高頻開關(guān)電源的構(gòu)成情況進行簡單的了解，其構(gòu)成框架如圖1所示。

1.1 電磁干擾的成因

由圖1可知，高頻開關(guān)電源通過整流會將工頻交流變?yōu)橹绷鳎俳?jīng)過逆變之后，轉(zhuǎn)為高頻，最后利用濾波電路完成輸出，進而獲得相對穩(wěn)定的直流電壓，在電流轉(zhuǎn)換的過程中，存在大量的諧波干擾，不僅如此，變壓器的漏電感應(yīng)和輸出二極管的反向恢復電流所形成的尖峰也都存在一定的電磁干擾。在高頻開關(guān)電源中，電磁干擾源主要集中在電流和電壓變化較大的器件當中，如高頻變壓器、二極管、開關(guān)管等等。

1.2 電磁干擾的產(chǎn)生機理

高頻開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理與以下器件有關(guān)：開關(guān)和整流電路、高頻變以及分布電容等等。下面就此進行具體分析。

1.2.1 開關(guān)電路

對于高頻開關(guān)電源而言，開關(guān)電路是其核心組成部分，同時也是高頻開關(guān)電源的主要干擾源。常規(guī)的開關(guān)電路由以下兩個部分組成：開關(guān)管盒高頻變，由開關(guān)電路所產(chǎn)生出的du/dt具有脈沖沖擊的特性，不但頻帶寬而且諧波也比較豐富，此類脈沖干擾的形成機理如下：高頻變的初級線圈為開關(guān)管的負載，這個負載的性質(zhì)為感性，當開關(guān)管導通時，會在初級線圈當中產(chǎn)生出較大的涌流，并在線圈兩端呈現(xiàn)出較高的尖峰電壓，而開關(guān)管斷開時，因漏磁通的存在會導致部分能量無法才能夠一次線圈傳遞到二次線圈，這部分能量會存在于電感當中，并與集電極電路中的電容和電阻形成衰減振蕩，進而疊加于關(guān)斷電壓之上，在這一前提下，便會形成關(guān)斷電壓尖峰。當電源的電壓中斷之后，會隨之產(chǎn)生出與初級線圈接通時祥通道額雌花沖擊電流瞬變，從性質(zhì)上看，該瞬變可歸為傳感型電磁干擾的范疇，它的出現(xiàn)不但會對變壓器的初級造成影響，而且還會造成傳導干擾返回配電系統(tǒng)，進而對整個電網(wǎng)造成諧波干擾，不利于其它電氣設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行。

1.2.2 整流電路

當整流電路當中的輸出整流二級管截止時，會隨之出現(xiàn)一個反向電流，為使該電流能夠快速恢復到零，通常會使用帶有應(yīng)恢復功能的二極管，該二極管受到變壓器漏感的影響會產(chǎn)生出相對較強的高頻干擾。

1.2.3 高頻變壓器

在高頻變壓器中，初級線圈、濾波電容以及開關(guān)管是開關(guān)電路的組成部分，這些器件在運行時，會產(chǎn)生出較強的空間輻射，由此會形成符合干擾。

1.2.4 分布電容

由于高頻開關(guān)電源需要在高頻的狀態(tài)下運行，所以分布電容成為不可或缺的重要因素。因位于散熱片和開關(guān)管集電極之間的絕緣片較薄，并且接觸面積較大，所以在高頻狀態(tài)下，高頻電流會經(jīng)由分布電流流到散熱片上，并流到機殼地，由此便會形成共模干擾。

2 處置高頻開關(guān)電源電磁干擾問題有效方式

對高頻開關(guān)電源電磁干擾問題的處置方式較多，其中比較有效的方法有以下幾種：一是增強本體的抗干擾性能；二是減小干擾信號；三是切斷干擾信號的傳播渠道。

2.1 減小干擾信號

在減小高頻開關(guān)電源電磁干擾信號的過程中，可以采用以下方法：

2.1.1 軟開關(guān)

這是一項較為先進的技術(shù)，具體是指在硬開關(guān)電路當中，加裝電容及電感元件，通過它們所產(chǎn)生的諧振，降低開關(guān)中的du/dt，消除電流和電壓的重疊現(xiàn)象，同時還可以使開關(guān)的損耗隨之減小。

2.1.2 頻率調(diào)制

相關(guān)研究結(jié)果表明，固定頻率的調(diào)制脈沖所產(chǎn)生出來的干擾通常會位于低頻段上，主要為諧波干擾，通過頻率調(diào)制可以使噪聲的頻譜峰值得以降低，常用的方法有兩種，一種是隨機頻率法，另一種調(diào)制頻率法。由于后者可以很好地抑制開通和關(guān)斷時所產(chǎn)生的電磁干擾，因此建議采用該方法。

2.1.3 濾波

EMI濾波技術(shù)是處置高頻開關(guān)電源電磁干擾最為常用的技術(shù)手段之一。采用該方法對電磁干擾進行處置時，應(yīng)當對濾波器進行合理地選擇，可以結(jié)合干擾源的特性及頻率范圍等參數(shù)，進行綜合考慮。同時選用的濾波器必須具備耐壓能力，可耐受瞬時電壓的沖擊。

2.2 切斷干擾渠道

可以通過共模和差模電源線濾波器來切斷電磁干擾信號傳播途徑，由此能夠使高頻開關(guān)電源的電磁干擾問題得到有效抑制。通過電源線濾波器可以將電源線干擾濾除掉，一個好的濾波器應(yīng)當能夠?qū)材：筒钅８蓴_都起到較強的抑制作用。

2.3 增強抗干擾能力

通過增強高頻開關(guān)電源的抗干擾能力可以達到抑制電磁干擾的目的，常用的方法有以下幾種：

2.3.1 線路屏蔽

可采用電磁屏蔽技術(shù)，具體做法是用金屬材料將電磁干擾源封閉起來，這樣其外部電磁場的強度便會低于允許值，由此可降低電磁干擾。

2.3.2 可靠接地

可采用設(shè)備接地或是設(shè)備信號接地。

3 結(jié)論

綜上所述，在電力系統(tǒng)當中，高頻開關(guān)電源的應(yīng)用越來越多，起自身所具備的高頻特性，使電磁干擾問題隨之產(chǎn)生。為此，應(yīng)當對電磁干擾的產(chǎn)生機理進行分析，并采取合理可行的方法抑制電磁干擾，確保高頻開關(guān)電源的穩(wěn)定、可靠運行，使其作用能夠得到最大限度地發(fā)揮，從而提高電網(wǎng)的運行安全性。在未來一段時期，應(yīng)當加大對高頻開關(guān)電源電磁干擾抑制技術(shù)的研究力度，除對現(xiàn)有的技術(shù)進行改進和完善之外，還應(yīng)研發(fā)一些新的技術(shù)，從而進一步解決電磁干擾問題。

參考文獻

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作者單位

國網(wǎng)山西省電力公司長治供電公司 山西省長治市 046000