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開關(guān)電源電磁干擾及其抑制技術(shù)的分析

2018-02-07 07:04錢忠源
中小企業(yè)管理與科技 2018年29期
關(guān)鍵詞:共模干擾信號諧振

錢忠源

(中航工業(yè)洛陽電光設(shè)備研究所,河南 洛陽 471009)

1 引言

目前我國的開關(guān)電源正呈現(xiàn)小型化、高頻化的發(fā)展趨勢,其在電磁兼容性上具有優(yōu)異表現(xiàn)。由于開關(guān)電源在正常運行工作的情況下,會產(chǎn)生較為嚴(yán)重的電磁干擾,其對電網(wǎng)會造成一定程度的污染,并且對電氣設(shè)備的安全使用產(chǎn)生極大的危害。因此,進(jìn)行開關(guān)電源對電磁干擾的阻抗研究時,應(yīng)采用科學(xué)、合理的抑制技術(shù),以此有效防范電磁干擾,保證電氣設(shè)備能夠穩(wěn)定運行,保障電網(wǎng)系統(tǒng)性能的穩(wěn)定、高效。鑒于此,本文的研究不僅對提高我國開關(guān)電源阻抗電磁干擾水平具有理論意義,同時還對提高我國電網(wǎng)穩(wěn)定運行水平具有現(xiàn)實意義。

2 開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的危害

電磁兼容性不足是開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的主要原因,電磁兼容性不足使得電子設(shè)備電磁的輻射傳導(dǎo)電路受損,進(jìn)而產(chǎn)生電磁干擾。在現(xiàn)今開關(guān)電源小型化、高頻化的發(fā)展趨勢之下,開關(guān)電源自身的噪聲源也會產(chǎn)生大量的傳導(dǎo)性電磁干擾,這些電磁干擾將對電子系統(tǒng)及設(shè)備造成不良影響[1]。大量傳導(dǎo)性電磁干擾的出現(xiàn)將造成空間人為電磁干擾能量的大數(shù)額增長,并且日益惡化的電磁環(huán)境對社會日常的生產(chǎn)活動造成較大的損失。

3 開關(guān)電源工作機理和電磁干擾原理

3.1 開關(guān)電源的工作機理

開關(guān)電源的組成包括如下部分:主電路;監(jiān)測電路;控制電路;輔助電路。主電路包括整流器、濾波器以及逆變器等三個部分;控制電路可以采集數(shù)據(jù)電流,進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析后改變逆變器的控制,之后可以調(diào)節(jié)電流變化的頻率以及脈寬,從而可以保證電路運行的穩(wěn)定性;檢測電路的工作運行目標(biāo)是保護(hù)系統(tǒng)參數(shù),并且通過儀表盤的形式體現(xiàn)出來;輔助電源則可以保證電源路徑的順利運行。電源所供給的能量及負(fù)載具有不定時、間斷的特點,為使開關(guān)電源能夠進(jìn)行持續(xù)不間斷的電能供應(yīng),設(shè)計人員需為開關(guān)電源設(shè)置配套的電能設(shè)備,在開關(guān)連接狀態(tài)時進(jìn)行電能的儲存工作,儲存的電能用于開關(guān)斷開時維護(hù)系統(tǒng)正常運行。

3.2 電磁干擾的作用原理

電磁干擾是存在于電路間的無用電磁信號,其對電氣設(shè)備的日常運行有著嚴(yán)重的干擾,開關(guān)電源本身具有大量的諧波干擾以及潛在的電磁干擾,并且集中表現(xiàn)在電壓、電流的變化之中。電磁干擾作用原理如下:①電磁干擾普遍存在于開關(guān)電路,而開關(guān)電源的核心組成部分為管道以及高頻變壓器電路。該核心具有較大的脈沖電磁電壓以及相對變化較多的諧波。高頻變壓器初級線圈是開關(guān)管的負(fù)載,連接和斷開的瞬間會在開關(guān)電源中產(chǎn)生較大的電壓脈沖,電流瞬間受到磁化沖擊,這是電磁干擾的傳導(dǎo)性質(zhì)體現(xiàn)。②電磁干擾產(chǎn)生于整流電路,連接狀態(tài)下的整流電路二極管會產(chǎn)生較強電流值的正向電流,在開關(guān)斷開的瞬間,這股正向電流將受到反電壓的影響,轉(zhuǎn)變?yōu)榉聪螂娏?,并且該反向電流中存在相對較多的高頻率諧波分量,電磁干擾由于這種強烈的電流變化而產(chǎn)生。③高頻電壓器中同樣存在電磁干擾,其電流環(huán)路是由管道、初級線圈以及濾波電容共同構(gòu)成,該環(huán)路存在空間輻射。電容中的高頻阻抗會在電流濾波電容不足或性能較低的情況下,將頻率不相符的電流傳導(dǎo)到交流電源當(dāng)中,進(jìn)而產(chǎn)生電磁干擾。

4 開關(guān)電源電磁干擾的抑制技術(shù)

4.1 濾波抑制技術(shù)

較為常用的電磁干擾抑制技術(shù)之一就是濾波抑制技術(shù),其具體應(yīng)用方式為:將濾波器接在開關(guān)電源的輸入接口處,對開關(guān)電源電網(wǎng)中產(chǎn)生的干擾信號產(chǎn)生阻抗作用,這種干擾信號會對電路的傳導(dǎo)產(chǎn)生干擾。干擾的非對稱性體現(xiàn)就是共模干擾,這種干擾產(chǎn)生的主要原因是電網(wǎng)噪聲和干擾信號對地的電位共同構(gòu)成的,因此,共模干擾不僅具有頻率幅度大的特點,并且具有較強的干擾性[2]。差膜則與共膜的情況呈現(xiàn)相反的特征,并且主要是指對稱性的干擾,通過電路的轉(zhuǎn)換,可以實現(xiàn)對信號耦合的調(diào)節(jié),從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性,另外,電磁場產(chǎn)生后,會造成電路產(chǎn)生不平衡的電壓,這種情況在添加抗干擾濾波器后,干擾信號就會得到有效抑制。因此,差模干擾因為幅度小、頻率低的特點,導(dǎo)致自身干擾性較小。

4.2 軟開關(guān)抑制技術(shù)

軟開關(guān)抑制技術(shù)是一種利用控制和諧振技術(shù),斷開和連接電路的先進(jìn)抑制技術(shù)。這種技術(shù)能夠針對現(xiàn)今電源開關(guān)小型化、高頻率的發(fā)展特點對開關(guān)的噪聲及機械損耗進(jìn)行有效控制,進(jìn)而使開關(guān)電源的使用壽命得到顯著提高。軟開關(guān)針對原有開關(guān)的基礎(chǔ)增加了電感應(yīng)以及電容等組件,可以在一定程度上減少電流以及電壓產(chǎn)生的重疊,通過改進(jìn)電路,可以降低噪聲,而軟開關(guān)技術(shù)則包括下列技術(shù):①準(zhǔn)諧振變換器;②PWM變換器(零開關(guān));③諧振變換器;④PWM變換器(零轉(zhuǎn)換)。準(zhǔn)諧振變換器是在PWM開關(guān)上附加諧振元件控制技術(shù),諧振類型變換器是在參考標(biāo)準(zhǔn)類型的PWM變換器基礎(chǔ)之上,將諧振網(wǎng)絡(luò)添加到變換器之中,從而實現(xiàn)開關(guān)的零電壓電流[3]。零開關(guān)PWM通過將諧振利用到開關(guān)當(dāng)中,進(jìn)而實現(xiàn)電流的換相。除此之外,還需要將PWM方式運用到實際電路。通過零轉(zhuǎn)換PWM變換器,構(gòu)建諧振網(wǎng)絡(luò),以此構(gòu)成一個零轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換條件。在軟開關(guān)技術(shù)中要注意輔助電路的添加及實現(xiàn),才能有效抑制開關(guān)電源的電磁干擾。

4.3 屏蔽抗干擾技術(shù)

通過對開關(guān)電源傳播空間中產(chǎn)生磁場和電場采用相應(yīng)的屏蔽抑制措施,能夠有效抑制電磁場造成的電磁干擾,具體屏蔽抑制措施為:在電磁干擾源頭與受干擾物之間建立一片片的間隔片[4]。這種抑制技術(shù)能夠減少電磁波的產(chǎn)生,抑制靜電場及恒定磁場的干擾,有效降低電磁場對開關(guān)電源的干擾影響。

4.4 共模電磁干擾的有源抑制技術(shù)

由于共模干擾主要是存在于電流載體和大地間的電磁干擾,因此共模干擾也被稱作不對稱干擾、接地干擾[5]。有源抑制的技術(shù)應(yīng)用思路具體為:在主回路中進(jìn)行噪聲電壓的提取,通過提取與開關(guān)電壓噪聲電壓波形相反的電壓,使得開關(guān)電源在正常工作的情況下,讓頻率段位比較長的共模干擾得到消除,這種有源抑制技術(shù)由于其直接作用于電磁干擾源的特性,使得其是一種實用效率較高的電磁干擾抑制技術(shù)。

5 結(jié)論

本文的研究結(jié)果是通過采用抑制技術(shù)能夠有效阻抗開關(guān)電源中的電磁干擾,由此本文對以下幾種抑制技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)研究:濾波抑制技術(shù)、軟開關(guān)抑制技術(shù)、屏蔽抗干擾技術(shù)、共模電磁干擾的有源抑制技術(shù)。開關(guān)電源在信號的傳輸過程中會產(chǎn)生電磁干擾是一種正常的電磁現(xiàn)象,但是其對電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行有著極大的危害,并嚴(yán)重影響了我國電氣事業(yè)的發(fā)展。因此,選擇合適的抑制技術(shù),是電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運行的保障。

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