李怡恒

摘 要

開關(guān)電源是一種高效節(jié)能的優(yōu)質(zhì)電源。然而在電子設(shè)備工作過程中，開關(guān)電源會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的電磁干擾。本文根據(jù)高中物理所學(xué)知識，在與老師的溝通和指導(dǎo)下，研究開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生原因，并從屏蔽、濾波、接地以及電路等方面簡要分析了干擾抑制措施。

【關(guān)鍵詞】高中物理 開關(guān)電源 電磁干擾 抑制

開關(guān)電源的應(yīng)用十分廣泛，其小型化和高頻化雖然為電子設(shè)備的發(fā)展帶來了很多便利，但所產(chǎn)生的電磁干擾也愈發(fā)嚴(yán)重，對功能發(fā)揮的影響越來越大。因此，必須采取有效的電磁干擾抑制措施，削弱甚至消除電磁干擾，保證電子設(shè)備能夠正常運行。

1 開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生原因

根據(jù)高中物理的知識學(xué)習(xí)，我們知道在電子設(shè)備的工作過程中通電電流的傳導(dǎo)會出現(xiàn)一些無用信號或電磁噪聲等，會對電路器件設(shè)備、傳輸通道以及系統(tǒng)的性能造成干擾，這種干擾就是電磁干擾。電磁干擾的出現(xiàn)有很多可能的原因，電磁干擾的的干擾源一般都是電壓電流變化比較大的元器件，包括開關(guān)管、二極管及變壓器等。

通過總結(jié)經(jīng)驗，并學(xué)習(xí)資料，開關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生的主要因素包括下面一些內(nèi)容：

1.1 開關(guān)管產(chǎn)生電磁干擾

開關(guān)電源中原邊主電路的開關(guān)管大多采用MOSFET功率管，這種開關(guān)管具有小電荷存儲效應(yīng)，開關(guān)速度快，在開通、斷開時，電磁干擾易于產(chǎn)生。對于這種電磁干擾，通常的做法是通過吸收電路進(jìn)行削弱，但加裝吸收電路會對電源效率造成一定影響。

1.2 高頻變壓器產(chǎn)生電磁干擾

在開關(guān)電源的功率變換電路中，開關(guān)管的負(fù)載是高頻電壓器的初級線圈，呈感性，在開關(guān)管開通的瞬間，初級線圈中會出現(xiàn)很大的電流，相應(yīng)的線圈會產(chǎn)生很高的電壓；在開關(guān)管斷開的瞬間，初級線圈的部分能量停留在初級線圈中，無法導(dǎo)入次級線圈，這部分能量會在原邊電路中的電容和電阻上產(chǎn)生衰減震蕩。如果高頻變壓器兩端的濾波電容容量不夠大，或者高頻特性較差，電容上的高頻阻抗就會導(dǎo)致高頻電流以差模的方式傳導(dǎo)到交流電源中，從而產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。

1.3 整流電路產(chǎn)生電磁干擾

工頻交流電需要通過整流變成單向脈動電流，轉(zhuǎn)換的結(jié)果除了直流分量外，還存在著一些高頻諧波分量，這些高頻諧波分量會導(dǎo)致輸入功率因數(shù)變小，同時還會附帶較大的THD，這不僅會對電網(wǎng)產(chǎn)生很嚴(yán)重的干擾，還會通過電源線造成射頻干擾。

2 開關(guān)電源的電磁干擾抑制措施

2.1 屏蔽技術(shù)

屏蔽是我們?nèi)粘Ｉ钪卸寄芙佑|到的物理原理，包括中央一套《加油！向未來》的節(jié)目中驗證了特斯拉線圈的實驗。電磁屏蔽的原理是通過加裝屏蔽體來削弱甚至完全阻擋電磁能量。在開關(guān)電源的電磁屏蔽中，分為兩個部分：

（1）對產(chǎn)生電磁干擾的元器件進(jìn)行屏蔽；

（2）對容易受到電磁干擾的元器件進(jìn)行屏蔽。

開關(guān)電源中，產(chǎn)生電磁干擾的元器件一般是變壓器、電感器以及各種功率器件，對于這些元器件的電磁屏蔽，可以使用銅板或者鐵板圍繞起來，從而削弱其產(chǎn)的電磁干擾。對于容易受到電磁干擾的元器件也可以采用相同的辦法進(jìn)行屏蔽。另外，還可以通過整體屏蔽的方法，使用強(qiáng)導(dǎo)電性的材料把開關(guān)電源整體都圍繞起來，從而防止其中產(chǎn)生的電磁干擾向外擴(kuò)散。在應(yīng)用整體屏蔽時，需要注意以下兩點問題：

（1）屏蔽材料的接縫、電線以及輸出端子的接口都很容易發(fā)生電磁泄漏，在應(yīng)用整體屏蔽時需要著重處理；

（2）整體屏蔽需要將開關(guān)電源整體圍繞在屏蔽體中，這就會導(dǎo)致散熱出現(xiàn)阻礙，相應(yīng)的，設(shè)備成本也會增加。

2.2 濾波技術(shù)

通過《整流和濾波》部分的學(xué)習(xí)，我們可以知道濾波技術(shù)可以應(yīng)用到開關(guān)電源傳導(dǎo)干擾的抑制中。通過學(xué)習(xí)其他資料了解到開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾包括共模干擾和差模干擾兩種，共模干擾出現(xiàn)在相線和地線以及中線和地線之間，共模干擾的電流會在相線和中線內(nèi)部同時出現(xiàn)，大小和方向都相同。差模干擾出現(xiàn)在相線和中線之間，差模干擾的電流同樣會在相線和中線內(nèi)容同時出現(xiàn)，大小相同，但是方向相反。濾波技術(shù)無論是對差模干擾還是共模干擾都有很好的抑制作用，由于共模干擾和差模干擾一般會同時出現(xiàn)在開關(guān)電源傳導(dǎo)干擾中，所以在加裝濾波器時一般會將共模濾波和差模濾波同時考慮在內(nèi)。實踐發(fā)現(xiàn)，對于內(nèi)阻較高的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設(shè)計低值，對于內(nèi)阻低的干擾源，濾波器輸入阻抗需要設(shè)計高值；負(fù)載電阻高時，濾波器輸出阻抗需要設(shè)計低值，負(fù)載電阻低時，濾波器輸出阻抗需要設(shè)計高值。

2.3 接地技術(shù)

接地技術(shù)是廣泛應(yīng)用的一項物理技術(shù)，同時也是漏電保護(hù)中很常用且效果很好的一種技術(shù)。開關(guān)電源中的接地屬于屏蔽接地。在設(shè)計屏蔽接地時，需要注意以下幾個方面。

（1）開關(guān)電源的接地包括交流接地和直流接地，必須將兩者嚴(yán)格分離，一般采用浮地技術(shù)將開關(guān)電源的直流地和交流地分隔開，從而來屏蔽交流電源地線所產(chǎn)生的干擾。

（2）功率地和弱電地要分開。功率地應(yīng)用于是負(fù)載電路或者功率驅(qū)動電路，電流和電壓都很大，因此很容易產(chǎn)生干擾，必須和其他弱電地分隔開。

（3）地線直徑盡量大。直徑小的地線會導(dǎo)致接地電位隨電流變化而變化，從而進(jìn)而影響抗噪聲性能。

2.4 電路措施

開關(guān)電源干擾抑制中的電路措施包括吸收電路、軟開關(guān)技術(shù)以及器件選擇。

（1）開關(guān)電源中電磁干擾的產(chǎn)生主要是憂郁電壓和電流的短時間大幅度變化，因此，在抑制電磁干擾時，可以通過設(shè)計吸收電路，分散能量，降低電路中的電壓和電流變化幅度。

（2）在原有的硬開關(guān)電路中設(shè)置電感和電容，通過其諧振特性，能夠有效減少電壓和電流的重疊，從而降低電磁干擾。

（3）在開關(guān)電源設(shè)計中，盡量選擇不容易產(chǎn)生、傳導(dǎo)以及輻射電磁干擾的元器件。

開關(guān)電源的電磁干擾一直是影響電路性能的一大問題。通過資料的學(xué)習(xí)和分析，在開關(guān)電源的電磁干擾抑制中可以結(jié)合實際情況綜合使用多種電磁干擾抑制措施，這樣才能發(fā)揮最大的作用，有效保證電子設(shè)備的正常工作。

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作者單位

長沙市長郡中學(xué) 湖南省長沙市 410002