杜建立,沈延峰（中國(guó)電子科學(xué)研究院系統(tǒng)電磁效能測(cè)試評(píng)估中心,北京 100041）

開關(guān)電源傳導(dǎo)干擾分析與整改

杜建立,沈延峰
（中國(guó)電子科學(xué)研究院系統(tǒng)電磁效能測(cè)試評(píng)估中心,北京 100041）

摘 要：本文針對(duì)開關(guān)電源在使用過(guò)程中對(duì)外圍設(shè)備產(chǎn)生的干擾展開研究，分析了其可能帶來(lái)的危害以及產(chǎn)生危害的原理，結(jié)合日常測(cè)試經(jīng)驗(yàn)給出相應(yīng)的抑制方法，最后，通過(guò)整改實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：EMI；抑制；測(cè)試；電源

0 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和電子產(chǎn)品種類的日新月異，各種電子設(shè)備和產(chǎn)品充斥著市場(chǎng)，機(jī)電、機(jī)械、微波、調(diào)頻等等不同門類不同型號(hào)，使得人類的生活環(huán)境布滿了各種頻率和頻段的電磁波譜和射線，這些射線相互影響、干擾已經(jīng)嚴(yán)重威脅和影響了儀器設(shè)備的架設(shè)和正常使用，因此，EMC(電磁兼容)問(wèn)題已經(jīng)被廣泛研究和高度重視。其中，開關(guān)電源傳導(dǎo)干擾性問(wèn)題也是不可以回避的問(wèn)題?？紤]到其與很多線性穩(wěn)壓電源不同，特別是效率高、功耗小、重量輕、體積小等問(wèn)題，就更不能不進(jìn)行相關(guān)抗干擾的研究。同時(shí)，考慮到其主要缺點(diǎn)是產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾(EMI)，其信號(hào)具有寬頻率范圍和幅度的特點(diǎn)以及在傳導(dǎo)和輻射時(shí)會(huì)污染電磁環(huán)境的特點(diǎn)，必須采取有效措施開展抑制傳導(dǎo)干擾的工作和研究，為此首先要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行電磁輻射波診斷，找出干擾源所在的具體位置以及相互干擾的方法和途徑，然后比對(duì)測(cè)試與分析的結(jié)果，最后根據(jù)結(jié)果對(duì)設(shè)備進(jìn)行屏蔽整改。

1 干擾產(chǎn)生機(jī)理

由于開關(guān)電源中的開關(guān)管頻率較高，在開關(guān)開、閉過(guò)程中二極管和晶體管就會(huì)產(chǎn)生較高的電壓和電流，這種躍變所產(chǎn)生的峰值脈沖會(huì)對(duì)包括儲(chǔ)能電感線圈、高頻變壓器、導(dǎo)線、供電電源、機(jī)架、接地平面、互感或電容等產(chǎn)生不可忽略的影響，其中壓器型功率轉(zhuǎn)換電路以及電流高次諧波干擾產(chǎn)生的脈沖躍變電壓的影響最為大。究其原因主要有：正弦波被整流器整流以后成為多頻率的電流， 即單向脈動(dòng)電流。該電流波形可以被分解成一個(gè)直流分量和一系列的交流分量。

分析產(chǎn)生這種脈沖干擾的原因發(fā)現(xiàn) 主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：一是，開關(guān)功率晶體管的負(fù)載一般是儲(chǔ)能電感。在開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)候，變壓器會(huì)出現(xiàn)較大電流造成尖峰噪聲峰值。這個(gè)峰值噪聲就是尖脈沖，輕者造成電流干擾，重者有可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)管被擊穿；二是，輸入電流的畸變會(huì)產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源輸入端一般會(huì)采用橋式整流電容濾濾電路（見圖1） ,這種電路濾波電容的充電時(shí)間短, 從而形成幅度高而寬度窄的脈沖電流（見圖2）。

通過(guò)傅氏變換可以得到：豐富的諧波成分包含在畸變的電流中。而且，數(shù)據(jù)表明輻射干擾和傳導(dǎo)干擾都是由于高次諧波的輸入而產(chǎn)生的，是豐富的諧波畸變；3) 整流二極管輸出會(huì)產(chǎn)生干擾。因?yàn)椋聪螂娏髟诨謴?fù)到零點(diǎn)時(shí)該段時(shí)間與結(jié)電容相關(guān)，其決定于輸出整流二極管截止時(shí)。如果將反向電流迅速恢復(fù)到零點(diǎn)的二極管，這種情況下，分布參數(shù)包括二極管都會(huì)在變壓器漏感影響下產(chǎn)生強(qiáng)高頻干擾。

2 干擾抑制方法

EMI 是一種有效抑制尖脈沖干擾的濾波技術(shù), 被廣泛用于濾除多種原因產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。

圖3所示為一種由電感和電容組成的EM I 濾波裝置。該裝置接入開關(guān)電源。從該圖中可以看到： 高頻電路電容（C1、C5）用以濾除掉兩輸入電源線間的差模干擾C2與L1、C4等組成的共模干擾濾波環(huán)節(jié),同時(shí)由于L 3、L 4 的初次級(jí)匝數(shù)相等、交流電流、極性相反在磁芯中產(chǎn)生的磁通相反，我們可以將其用于濾除電源線與地之間非對(duì)稱的共模干擾，從而實(shí)現(xiàn)有效抑制共模干擾。

3 整改實(shí)例分析

下面通過(guò)對(duì)某車載供電單元的整改實(shí)例加以分析（圖4）為整改前測(cè)試結(jié)果，超標(biāo)頻段30kHz至60kHz和250kHz至400kHz。從測(cè)試結(jié)果可以看出，由于開關(guān)電源的總電流諧波含量比較高，導(dǎo)致諧波電流分別以傳導(dǎo)干擾和輻射干擾的方式污染了電網(wǎng), 造成相關(guān)儀器無(wú)法正常運(yùn)行，（圖5）為在DC28V濾波器入線端并連2.2μF電容一只。

橋式整流電容濾波電路有其自身特點(diǎn)的輸入屬性，其中，降低諧波含量是關(guān)鍵 ，同時(shí)也能提高線路功率。因?yàn)?，電流諧波含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致功率因數(shù)發(fā)生重大變化，同時(shí)開關(guān)電源采用的該濾波電路也會(huì)導(dǎo)致電流諧波含量過(guò)高。在原濾波器基礎(chǔ)上電源新輸入端新增150μH共模電感一只、并連2.2μF電容一只，將其諧波含量降低。（圖6）為整改后測(cè)試結(jié)果。將有效的濾波手段和方法用于對(duì)開關(guān)電源的控制, 以期達(dá)到電磁兼容性要求。

4 結(jié)論

由于開關(guān)電源導(dǎo)致諧波電流含量過(guò)高從而以以傳導(dǎo)干擾、輻射干擾等方式造成電網(wǎng)被污染、導(dǎo)致一些相關(guān)電器設(shè)備無(wú)法正常運(yùn)行。因此，在平時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中只有正確選擇濾波器元器件的參數(shù), 才能有效地抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾，保障電網(wǎng)內(nèi)設(shè)備的正常工作。

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