白中杰

摘 要：開關(guān)電源是電器產(chǎn)品中常應(yīng)用的元件之一，由于其具有特殊的工作原理，導(dǎo)致電磁干擾問題十分突出，進(jìn)而會(huì)影響周邊電子設(shè)備的運(yùn)行安全。因此，簡(jiǎn)要論述了電磁干擾的產(chǎn)生方式，并對(duì)開關(guān)電源電磁干擾的抑制技術(shù)作了詳細(xì)闡述。

關(guān)鍵詞：電磁干擾；開關(guān)電源；抑制技術(shù)；高頻變壓器

中圖分類號(hào)：TN86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.129

開關(guān)電源具有體積小、質(zhì)量小、高可靠性和高效等特點(diǎn)，在各種電器產(chǎn)品得到了廣泛應(yīng)用。然而，隨著開關(guān)電源向著高頻大功率的方向發(fā)展，開關(guān)電源的電磁干擾問題日益嚴(yán)重。為了減少電磁干擾對(duì)電源本身及周邊設(shè)備的影響，探究開關(guān)電源的電磁干擾抑制技術(shù)已經(jīng)成相關(guān)研究人員的研究重點(diǎn)。

1 電磁干擾的產(chǎn)生方式

開關(guān)電源是將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姷钠骷唬?dāng)電流經(jīng)過開關(guān)電源的轉(zhuǎn)變后，電流頻率會(huì)持續(xù)增高，其自身也會(huì)因此產(chǎn)生大量的諧波干擾。對(duì)于開關(guān)管、二極管、高頻變壓器等電壓、電流變化較大的元器件，其電磁干擾問題十分嚴(yán)重。

1.1 開關(guān)電源的干擾源——開關(guān)電路

眾所周知，開關(guān)電路的核心是開關(guān)電源，開關(guān)電源主要由開關(guān)管和高頻變壓器構(gòu)成。開關(guān)電源產(chǎn)生的du/dt具有幅度較大的脈沖，諧波比較豐富、頻帶較寬，會(huì)形成關(guān)斷電壓峰尖。此時(shí)，如果中斷電源電壓，則會(huì)形成磁化沖擊電流瞬變現(xiàn)象，即傳導(dǎo)型電磁干擾。其不僅會(huì)導(dǎo)致傳導(dǎo)干擾返回配電系統(tǒng)，還會(huì)給變壓器帶來不利影響，形成電網(wǎng)諧波電磁干擾，最終對(duì)其他設(shè)備的運(yùn)行造成影響。

1.2 高頻變壓器的高頻開關(guān)電流環(huán)路

一般而言，高頻變壓器需要通過線圈來提高電壓，并通過濾波電容將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。而在濾波電容和初級(jí)線圈形成的高頻開關(guān)電流環(huán)路中，會(huì)有電磁輻射的現(xiàn)象發(fā)生，升壓后的電壓、頻率越高，則產(chǎn)生的電磁干擾越強(qiáng)，對(duì)周邊電子元器件的影響就越大。

1.3 開關(guān)電源的分布電容

開關(guān)電源將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姇r(shí)需要用到電容器。為了保證電容器的運(yùn)行安全，通常會(huì)加設(shè)散熱片，但轉(zhuǎn)化后的高頻電流可通過電容流到散熱片上，在接觸到機(jī)殼后會(huì)產(chǎn)生共模干擾。

2 開關(guān)電源電磁干擾的抑制技術(shù)

2.1 濾波技術(shù)

從總體上看，濾波技術(shù)可分成兩類，即無源濾波器技術(shù)抑制傳導(dǎo)干擾、有源濾波技術(shù)抑制共模干擾。電源線是電磁干擾傳入、傳出開關(guān)電源的主要途徑，如果能阻斷干擾信號(hào)的傳播途徑，則能大幅削弱電磁干擾。安裝了無線濾波器的電源線路只允許電源頻率通過，頻率過高或過低的干擾信號(hào)會(huì)被阻斷。圖1為開關(guān)電源中無源濾波器的結(jié)構(gòu)。

采用有源濾波技術(shù)抑制共模干擾是從干擾源抑制電磁干擾的方式，可得到與干擾信號(hào)大小相等、相位相反的補(bǔ)償信號(hào)，從而達(dá)到削弱電磁干擾的目的。但這種削弱電磁干擾的技術(shù)僅適用于低壓小功率電源，對(duì)于高壓大功率的電源而言，難以找到與干擾信號(hào)大小相等、相位相反的補(bǔ)償信號(hào)。

2.2 屏蔽技術(shù)的應(yīng)用

采用屏蔽技術(shù)可控制受開關(guān)電源輻射干擾的電器元件的運(yùn)行。屏蔽技術(shù)可分為靜電屏蔽和電磁屏蔽。其中，靜電屏蔽針對(duì)的是恒定磁場(chǎng)、靜電場(chǎng)，電磁屏蔽主要針對(duì)交變電場(chǎng)、交變磁場(chǎng)。為了削弱開關(guān)電源輻射對(duì)周邊元器件的干擾，可直接用屏蔽罩屏蔽整個(gè)開關(guān)電源，并連接屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼，從而使屏蔽功能更有效。

2.3 軟開關(guān)技術(shù)的應(yīng)用

軟開關(guān)技術(shù)是基于諧振原理開發(fā)出來的，是降低開關(guān)損耗的新型技術(shù)之一。當(dāng)開關(guān)器件中的電流按照正弦規(guī)律變化，且電流值為0時(shí)，開關(guān)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)電壓值為0時(shí)，開關(guān)會(huì)自動(dòng)開通。這樣可解決硬開關(guān)的損耗、容性開通問題。但在使用軟開關(guān)技術(shù)的過程中，通常還需要設(shè)置輔助開關(guān)電路，進(jìn)而會(huì)出現(xiàn)電磁干擾。因此，從本質(zhì)上看，采用軟開關(guān)技術(shù)只是削弱電磁干擾的方式之一，并不能完全抑制電子干擾。

2.4 擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的應(yīng)用

對(duì)于電磁干擾而言，其能量的強(qiáng)弱與頻率成正比。如果可降低頻率，則可削弱電磁波的能量。采用擴(kuò)頻技術(shù)可將諧波的能量分布在更寬的頻率范圍中，每個(gè)頻率上帶有的能量也會(huì)減少，從而削弱電磁輻射的干擾。想要達(dá)到這一目的，就需要在開關(guān)電源中加入擴(kuò)頻時(shí)鐘信號(hào)，并由開關(guān)電路輸出電磁信號(hào)。從實(shí)際應(yīng)用的效果看，擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)的可靠性較高，無需另外增加體積龐大的濾波工具和屏蔽工具。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高頻大功率的電源會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾，影響周邊元器件的正常工作，不利于電子設(shè)備的正常運(yùn)行。開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生方式很多，而當(dāng)前對(duì)開關(guān)電源電磁干擾的抑制技術(shù)主要有濾波技術(shù)、屏蔽技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)、擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)。合理選擇和運(yùn)用上述技術(shù)，可在一定程度上削弱開關(guān)電源的電磁干擾。筆者相信，隨著科技的發(fā)展，未來將會(huì)出現(xiàn)更加有效的措施解決電磁干擾問題，保障電氣設(shè)備的高效運(yùn)行。

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〔編輯：張思楠〕