開關(guān)電源電磁兼容問題解決方法的研究

李晉

摘要：隨著微電子技術(shù)發(fā)展，人們對開關(guān)電源兼容性越發(fā)重視，為了實(shí)現(xiàn)開關(guān)電源微型化和高頻化，需要解決其中的電磁兼容問題?；诖?，本文就開關(guān)電源電磁兼容問題展開研究，首先對其出現(xiàn)原因進(jìn)行分析，之后提出了一些解決方法，希望能夠不斷優(yōu)化開關(guān)電源。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源;電磁兼容;解決方法

開關(guān)電源優(yōu)勢較多，在工業(yè)、軍事、航空和民用等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。開關(guān)電源在大部分場合都具有抗電磁干擾能力，能夠適應(yīng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，以保證自身正常運(yùn)行，確保供電穩(wěn)定。但是在大功率電流方波切換時(shí)產(chǎn)生的斜坡電壓和電流較大，在傳輸過程中會(huì)對供電設(shè)備和電網(wǎng)造成影響，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)行，甚至是開關(guān)電源工作受到影響，電源性能下降。因此，需要對開關(guān)電源電磁兼容展開研究。

一、開關(guān)電源電磁兼容產(chǎn)生原因

電磁干擾傳輸形式分為傳導(dǎo)和輻射兩種。干擾源與敏感設(shè)備之間有完整電路連接，而其中的電磁干擾就是傳導(dǎo)傳輸。通過電路可以直接將干擾信號傳輸給接收器，導(dǎo)致電磁干擾。通過電磁波對介質(zhì)向外傳輸屬于輻射傳輸[1]。輻射耦合包括三種，一是天線發(fā)射出來的電磁波由另一個(gè)天線接收導(dǎo)致耦合;二是空間電磁波通過導(dǎo)線感應(yīng)產(chǎn)生耦合;三是兩個(gè)平行導(dǎo)線之間的高頻信號互感產(chǎn)生耦合。

開關(guān)電源電磁兼容原因包括：（1）印刷電路。開關(guān)電源中印刷電路處于基本地位，其主要用于連通電器。但是印刷電路可能由于隨意布置線路，設(shè)計(jì)時(shí)對電磁兼容問題考慮不夠嚴(yán)密，導(dǎo)致其在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)電磁噪聲，干擾其他電器元件運(yùn)行。因此電路印刷時(shí)，電路板設(shè)計(jì)十分重要，如果只關(guān)注電路美觀度就會(huì)影響印刷電路穩(wěn)定性。（2）晶體管。開關(guān)電源設(shè)計(jì)時(shí)，因?yàn)閷﹂_關(guān)電源變壓器體積的考慮不夠充分，導(dǎo)致晶體管開關(guān)頻率增加，電流頻繁變化，進(jìn)而使電磁信號控制能力降低。此外晶體管開關(guān)頻率在增加后，其溫度也會(huì)不斷上升，如果缺乏散熱元件就會(huì)出現(xiàn)寄生電容，使電壓頻率發(fā)生變化，電磁干擾更加嚴(yán)重[2]。（3）開關(guān)變壓器。開關(guān)電源中功率變壓器是十分重要的組成部分，其在運(yùn)行時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生電磁干擾，這是由于變壓器中有多個(gè)繞組，各繞組間會(huì)產(chǎn)生寄生電容，進(jìn)而出現(xiàn)脈沖電波，最終導(dǎo)致電磁干擾。而電磁干擾會(huì)對其他元件產(chǎn)生影響，使變壓器兩邊配合不夠協(xié)調(diào)，產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象，導(dǎo)致晶體管電壓上升，電磁干擾現(xiàn)象加重。

二、開關(guān)電源電磁兼容問題解決方法

（一）有效預(yù)防電磁干擾

首先，盡量縮小PCB銅箔占據(jù)范圍。在對開關(guān)電源中的電氣元件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，而開關(guān)管中的漏極集電路極等容易產(chǎn)生噪聲的電路節(jié)點(diǎn)中要盡量縮小PCB銅箔占據(jù)范圍，科學(xué)把控開關(guān)電源輸入輸出端與相應(yīng)電器元件之間距離。而對于并未采取屏蔽措施的變壓器線包以及變壓器磁芯均為噪音元件，其會(huì)產(chǎn)生的電磁干擾，這就需要保證開關(guān)電源屏蔽體與變壓器保持合理距離。

其次，盡量縮小電流環(huán)范圍。為了防止出現(xiàn)EMI電感飽和現(xiàn)象，需要盡量縮小電流環(huán)范圍，避免開關(guān)電源中的驅(qū)動(dòng)反饋電流與初級開關(guān)電流混亂。同時(shí)，需要把控好阻尼電阻值，其電阻值大小以振鈴響為判斷標(biāo)準(zhǔn)。此外，把控好次級電路元件以及初級電路屏蔽體間距，在輸入電纜旁放置高頻輸入EMI濾波器，能夠避免、預(yù)防電磁干擾現(xiàn)象出現(xiàn)[3]。

最后，適當(dāng)添加輔助線圈。輔助線圈通過并聯(lián)方式使磁棒線圈和RF濾波器兩邊電阻增加。但是，需要確保功率變壓器與EMI濾波器之間能夠保持足夠距離，尤其不可在開關(guān)電源繞包的首部放置。如果PCB面積未縮小，需要適當(dāng)擴(kuò)大屏蔽繞組腳位范圍，并為RC阻尼器預(yù)留位置，進(jìn)而采用跨界方式使RC阻尼器增加。

（二）加強(qiáng)整改工作

1.若是開關(guān)電源頻率處于1MHz范圍內(nèi)，其主要受到差模干擾，這種干擾是由于開關(guān)電源和交流電源環(huán)流引發(fā)的，差模電流會(huì)從電源進(jìn)線傳輸至開關(guān)電源，之后從其中的中線傳輸出去。這次出現(xiàn)差模傳導(dǎo)發(fā)射方式，主要是由于晶體管中的諧波和激波導(dǎo)致的，其會(huì)影響電壓調(diào)整、測試結(jié)果。而為了防止出現(xiàn)差模干擾，需要科學(xué)選擇濾波元件參數(shù)，適當(dāng)擴(kuò)大X電容量，提高差模電感，若是有些開關(guān)電壓功率比較小，可以采用P1型濾波器解決[4]。

2.若是開關(guān)電源頻率處于1-5MHz范圍內(nèi)，差模干擾和共模干擾同時(shí)作用需要增加X電容在輸出端進(jìn)而用于差模干擾抵消，同時(shí)對干擾超標(biāo)原因進(jìn)行分析，之后采用差模電感器，并根據(jù)需求調(diào)整電感量，同時(shí)還需要調(diào)整整流二極管。

3.若是開關(guān)電源頻率超過5MHz，其主要受到共模干擾，這種干擾主要是由于共模電流引發(fā)的，平衡共模電流并在中線與相線流動(dòng)，二者具有同樣相位、幅度。共模傳導(dǎo)干擾發(fā)射受到開關(guān)晶體管集電極電壓影響而發(fā)生變化，此時(shí)，散熱片寄生電容耦合和晶體管外殼會(huì)產(chǎn)生影響，因此，可以通過嫁接濾波器共模電容或是在散熱器與晶體管外殼處設(shè)置屏蔽層，進(jìn)而防止晶體管外殼和散熱器片間分布電容，進(jìn)而控制共模傳導(dǎo)干擾，對此，若是外殼接地則可以使用磁環(huán)，并將其纏繞兩圈，這樣能夠避免超過10MHz電磁干擾[5]。

4.若是開關(guān)電源頻率處于25-30MHz范圍內(nèi)，需要增加電容，或是在變壓器上采取銅皮保護(hù)，及時(shí)調(diào)整PCB布局，并采用雙線磁環(huán)，將其放在輸出線前端位置。此外，在輸出整流管兩邊實(shí)行并聯(lián)方式，設(shè)置RC濾波器，同時(shí)調(diào)整電容位置及其容量、參數(shù)等，采用銅箔保護(hù)變壓器外殼，并在其內(nèi)部采取屏蔽措施，調(diào)整繞組排布，對PCB布局進(jìn)行調(diào)整。在輸出線前端位置設(shè)置雙線繞組共模電感，采用并聯(lián)方式設(shè)置濾波器，調(diào)整其參數(shù)。

結(jié)束語：

綜上所述，隨著電子產(chǎn)品應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，高電流和高電壓作業(yè)導(dǎo)致電子產(chǎn)品產(chǎn)生的電磁干擾越來越強(qiáng)，相對于其他容易控制的元件而言，開關(guān)電源電磁兼容控制更復(fù)雜，對此，需要深入分析電磁干擾基本原理，采取有效措施預(yù)防并整改電磁干擾現(xiàn)象，確保開關(guān)電源應(yīng)用質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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[2]利樹標(biāo).開關(guān)電源電磁兼容性發(fā)展現(xiàn)狀及整改探究[J].電子樂園，2019（5）：0174-0174.

[3]陳明省，李剛，高彬，等.多維人員信息感知設(shè)備電磁兼容的研究[J].警察技術(shù)，2019，000（005）：56-59.

[4]李鎮(zhèn)江.基于共模干擾的開關(guān)電源電磁兼容性研究[J].中國新通信，2019，021（011）：196-197.

[5]易嗣為.DC-DC轉(zhuǎn)換器的電磁兼容理論與技術(shù)研究[D].電子科技大學(xué)，2019.