0 引言
開關(guān)電源作為電子設(shè)備的供電裝置,具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點,在數(shù)字電路中得到了廣泛的應(yīng)用,然而由于工作在高頻開關(guān)狀態(tài),屬于強干擾源,其本身產(chǎn)生的干擾直接危害著電子設(shè)備的正常工作。因此,抑制開關(guān)電源本身的電磁噪聲,同時提高其對電磁干擾的抗擾性,以保證電子設(shè)備能夠長期安全可靠地工作,是開發(fā)和設(shè)計開關(guān)電源的一個重要課題。
1 開關(guān)電源干擾的產(chǎn)生
開關(guān)電源的干擾一般分為兩大類:一是開關(guān)電源內(nèi)部元器件形成的干擾;二是由于外界因素影響而使開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。兩者都涉及到人為因素和自然因素。
1.1 開關(guān)電源內(nèi)部干擾
開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI主要是由基本整流器產(chǎn)生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾。
1.1.1基本整流器
基本整流器的整流過程是產(chǎn)生EMI最常見的原因。這是因為工頻交流正弦波通過整流后不再是單一頻率的電流,而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量,諧波(特別是高次諧波)會沿著輸電線路產(chǎn)生傳導干擾和輻射干擾,使前端電流發(fā)生畸變,一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變,另一方面通過電源線產(chǎn)生射頻干擾。
1.1.2功率變換電路
功率變換電路是開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心,它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要元器件為
1)開關(guān)管開關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容,當開關(guān)管流過大的脈沖電流(大體上是矩形波)時,該波形含有許多高頻成份;同時,關(guān)電源使用的器件參數(shù)如開關(guān)功率管的存儲時間,輸出級的大電流,開關(guān)整流二極管的反向恢復(fù)時間,會造成回路瞬間短路,產(chǎn)生很大短路電流,另外,開關(guān)管的負載是高頻變壓器或儲能電感,在開關(guān)管導通的瞬間,變壓器初級出現(xiàn)很大的涌流,造成尖峰噪聲。
2)高頻變壓器 開關(guān)電源中的變壓器,用作隔離和變壓,但由于漏感的原因,會產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲;同時,在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次級,而變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路,使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場更容易在其他引線上耦合形成噪聲。
3)整流二極管二次側(cè)整流二極管用作高頻整流時,由于反向恢復(fù)時間的因素,往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立即消除(因載流子的存在,還有電流流過)。一旦這個反向電流恢復(fù)時的斜率過大,流過線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓,在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強的高頻干擾,其頻率可達幾十MHz。
4)電容、電感器和導線開關(guān)電源由于工作在較高頻率,會使低頻元件特性發(fā)生變化,由此產(chǎn)生噪聲。
1.2 開關(guān)電源外部干擾
開關(guān)電源外部干擾可以以“共模”或“差模”方式存在。干擾類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等,電源干擾的類型見表1。
在表1中的幾種干擾中,能夠通過電源進行傳輸并造成設(shè)備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波,而靜電放電等干擾只要電源設(shè)備本身不產(chǎn)生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象,就不會造成因電源引起的對用電設(shè)備的影響。
2 開關(guān)電源干擾耦合途徑
開關(guān)電源干擾耦合途徑有兩種方式:一種是傳導耦合方式,另一種是輻射耦合方式。
2.1 傳導耦合
傳導耦合是騷擾源與敏感設(shè)備之間的主要耦合途徑之一。傳導耦合必須在騷擾源與敏感設(shè)備之間存在有完整的電路連接,電磁騷擾沿著這一連接電路從騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感設(shè)備,產(chǎn)生電磁干擾。按其耦合方式可分為電路性耦合、電容性耦合和電感性耦合。在開關(guān)電源中,這3種耦合方式同時存在,互相聯(lián)系。
2.1.1電路性耦合
電路性耦合是最常見、最簡單的傳導耦合方式。其又有以下幾種:
1)直接傳導耦合導線經(jīng)過存在騷擾的環(huán)境時,即拾取騷擾能量并沿導線傳導至電路而造成對電路的干擾。
2)共阻抗耦合由于兩個以上電路有公共阻抗,當兩個電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時,一個電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會影響到另一個電路,這就是共阻抗耦合。形成共阻抗耦合騷擾的有電源輸出阻抗、接地線的公共阻抗等。
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