解析几种有效开关电源电磁干扰抑制

解析几种有效开关电源电磁干扰抑制（精选9篇）

篇1：解析几种有效开关电源电磁干扰抑制

解析几种有效开关电源电磁干扰抑制

前关于开关电源EMI（Electromagnetic Interference）的研究，有些从EMI产生的机理出发，有些 从EMI 产生的影响出发，都提出了许多实用有价值的方案。这里分析与比较了几种有效的方案，并为开关 电源EMI 的抑制措施提出新的参考建议。

◆ 开关电源电磁干扰的产生机理

开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可 分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明：

1、二极管的反向恢复时间引起的干扰

高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时, 由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。

2、开关管工作时产生的谐波干扰

功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在 阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐 波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生 尖峰干扰。

3、交流输入回路产生的干扰

无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称 之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这 种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。

4、其他原因

元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布 置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。

◆ 开关电源EMI的特点

作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大；干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚；开关频率不高（从几十千赫和数兆赫兹），主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。

◆ EMI测试技术

目前诊断差模共模干扰的三种方法：射频电流探头、差模抑制网络、噪声分离网络。用射频电流探头是测量差模 共模干扰最简单的方法，但测量结果与标准限值比较要经过较复杂的换算。差模抑制网络结构比较简单，测量结果可直接与标准限值比较，但只能测量共模干扰。噪声分离网络是最理想的方法，但其关键部件变压器的制造要求很高。

◆ 目前抑制干扰的几种措施

形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而,抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上 都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如,功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗,为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘,这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容,开关电源的底板是交流电源的地线,因而通过 器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰,解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射,电磁干扰对其他电子设备的影响,可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体,就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可

以起到抑制干扰的作用。例如,静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地,但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应,所以仍以接地为好,这样 使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连,可为信号回路提供稳定的参考电位。因此,系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后,最终都与大地相连.在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声,实际上很难实现“一点接地”。因此,为降低接地阻抗,消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地,利用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地,需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅 值。在低频和高频共存的电路系统中,应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参考点上。滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如,在电源输入端接上滤波器,可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰,也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中,还采用很多专用的滤波元件,如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环,它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器,并正确地安装和使用滤波器,是抗干扰技术的重要组成部分。EMI滤波技术是一种抑制尖脉冲干扰的有效措施,可以滤除多种原因产生的传导干扰。一种由电容、电感组成的EMI滤波器,接在开关电源的输入端。电路中,C1、C5是高频旁路电容,用于滤除两输入电源线间的差模干扰;L1与C2、C4;L2与C3、C4组成共模干扰滤波环节,用于滤除电源线与地之间非对称的共模干扰;L3、L4的初次级匝数相等、极性相反,交流电流在磁芯中产生的磁通相反,因而可有效地抑制共模干扰。测试表明,只要适当选择元器件的参数,便可较好地抑制开关电源产生的传导干扰。

◆ 目前开关电源EMI抑制措施的不足之处 现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径出发，这确是抑制干扰的一种行之有效的办法，但很少有人涉及直接控制干扰源,消除干扰，或提高受扰设备的抗扰能力，殊不知后者还有许多发展的空间。

◆ 改进措施的建议

我认为目前从电磁干扰的传播途径出发来抑制干扰，已渐进成熟。我们的视点要回到开关电源器件本身来。从多年的工作实践来看，在电路方面要注意以下几点：

(1)印制板布局时,要将模拟电路区和数字电路区合理地分开,电源和地线单独引出,电源供给处汇集到一点;ＰＣＢ布线时,高频数字信号线要用短线,主要信号线最好集中在ＰＣＢ板中心,同时电 源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。其次，可以根据耦合系数来布线，尽量减少干扰耦合。

(2)印制板的电源线和地线印制条尽可能宽,以减小线阻抗,从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。

(3)器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度,以减小元件分布电感的影响。

(4)在Vdd及Vcc电源端尽可能靠近器件接入滤波电容,以缩短开关电流的流通途径,如用10μＦ铝电解和0 1μＦ电容并联接在电源脚上。对于高速数字ＩＣ的电源端可以用钽电解电容代替铝电解电容,因为钽电解的对地阻抗比铝电解小得多。产生开关电源电磁干扰的因素还很多，抑制电磁干扰还有大量的工作。全面抑制开关电源的各种噪声 才会使开关电源得到更广泛的应用。

篇2：解析几种有效开关电源电磁干扰抑制

作者Email: lwh952@sohu.com

摘 要本文先分析了开关电源产生电磁干扰的机理, ,就目前几种有效的开关电源电磁干扰措施进行了分析比较，并为开关电源电磁干扰的进一步研究提出参考建议。

关键词开关电源 电磁干扰 抑制措施 耦合

目前，许多大学及科研单位都进行了开关电源EMI(Electromagnetic Interference)的研究，他们中有些从EMI产生的机理出发，有些从EMI 产生的影响出发，都提出了许多实用有价值的方案。这里分析与比较了几种有效的方案，并为开关电源EMI 的抑制措施提出新的`参考建议。

一、开关电源电磁干扰的产生机理

开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明：

1、二极管的反向恢复时间引起的干扰

高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。

2、开关管工作时产生的谐波干扰

功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。

3、交流输入回路产生的干扰

无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。

开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。

4、其他原因

元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。

二、开关电源EMI的特点

作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大;干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫兹)，主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度.

三、EMI测试技术

目前诊断差模共模干扰的三种方法：射频电流探头、差模抑制网络、噪声分离网络。用射频电流探头是测量差模 共模干扰最简单的方法，但测量结果与标准限值比较要经过较复杂的

篇3：开关电源电磁干扰抑制技术

关键词：开关电源,电磁干扰,滤波,屏蔽

0 引 言

随着现代电子技术和功率器件的发展, 开关电源以其体积小, 重量轻, 高性能, 高可靠性等特点被广泛应用于计算机及外围设备通信、自动控制、家用电器等领域, 为人们的生产生活和社会的建设提供了很大帮助。但是, 随着现代电子技术的快速发展, 电子电气设备的广泛应用, 处于同一工作环境的各种电子、电气设备的距离越来越近, 电子电路工作的外部环境进一步恶化。由于开关电源工作在高频开关状态, 内部会产生很高的电流、电压变化率, 导致开关电源产生较强的电磁干扰。电磁干扰信号不仅对电网造成污染, 还直接影响到其他用电设备甚至电源本身的正常工作, 而且作为辐射干扰闯入空间, 造成电磁污染, 制约着人们的生产和生活。

国内在20世纪80—90年代, 为了加强对当前国内电磁污染的治理, 制定了一些与CISPR标准、IEC801等国际标准相对应的标准。自从2003年8月1日中国强制实施3C认证 (china compulsory certification) 工作以来, 掀起了“电磁兼容热”, 近距离的电磁干扰研究与控制愈来愈引起电子研究人员们的关注, 当前已成为当前研究领域的一个新热点。本文将针对开关电源电磁干扰的产生机理系统地论述相关的抑制技术。

1 开关电源电磁干扰的抑制

形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而, 抑制电磁干扰应从这三方面入手。抑制干扰源、消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射、提高受扰设备的抗扰能力, 从而改善开关电源的电磁兼容性能的目的。

1.1 采用滤波器抑制电磁干扰

滤波是抑制电磁干扰的重要方法, 它能有效地抑制电网中的电磁干扰进入设备, 还可以抑制设备内的电磁干扰进入电网。在开关电源输入和输出电路中安装开关电源滤波器, 不但可以解决传导干扰问题, 同时也是解决辐射干扰的重要武器。滤波抑制技术分为无源滤波和有源滤波2种方式。

1.1.1 无源滤波技术

无源滤波电路简单, 成本低廉, 工作性能可靠, 是抑制电磁干扰的有效方式。无源滤波器由电感、电容、电阻元件组成, 其直接作用是解决传导发射。开关电源中应用的无源滤波器的原理结构图如图1所示。

由于原电源电路中滤波电容容量大, 整流电路中会产生脉冲尖峰电流, 这个电流由非常多的高次谐波电流组成, 对电网产生干扰;另外电路中开关管的导通或截止、变压器的初级线圈都会产生脉动电流。由于电流变化率很高, 对周围电路会产生出不同频率的感应电流, 其中包括差模和共模干扰信号, 这些干扰信号可以通过2根电源线传导到电网其他线路和干扰其他的电子设备。图中差模滤波部分可以减少开关电源内部的差模干扰信号, 又能大大衰减设备本身工作时产生的电磁干扰信号传向电网。又根据电磁感应定律, 得E=Ldi/dt, 其中:E为L两端的电压降;L为电感量;di/dt为电流变化率。显然要求电流变化率越小, 则要求电感量就越大。

脉冲电流回路通过电磁感应其他电路与大地或机壳组成的回路产生的干扰信号为共模信号;开关电源电路中开关管的集电极与其他电路之间产生很强的电场, 电路会产生位移电流, 而这个位移电流也属于共模干扰信号。图1中共模滤波器就是用来抑制共模干扰, 使之受到衰减。

1.1.2 有源滤波技术

有源滤波技术是抑制共模干扰的一种有效方法。该方法从噪声源出发而采取的措施 (如图2所示) , 其基本思想是设法从主回路中取出一个与电磁干扰信号大小相等、相位相反的补偿信号去平衡原来的干扰信号, 以达到降低干扰水平的目的。如图2所示, 利用晶体管的电流放大作用, 通过把发射极的电流折合到基极, 在基极回路来滤波。R1, C2组成的滤波器使基极纹波很小, 这样射极的纹波也很小。由于C2的容量小于C3, 减小了电容的体积。这种方式仅适合低压小功率电源的情况。另外, 在设计和选用滤波器时应注意频率特性、耐压性能、额定电流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。滤波器的安装位置要恰当, 安装方法要正确, 才能对干扰起到预期的滤波作用。

1.2 屏蔽技术和接地技术

采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。屏蔽一般分为2种:一种是静电屏蔽, 主要用于防止静电场和恒定磁场的影响;另一种是电磁屏蔽, 主要用于防止交变电场、磁场以及交变电磁场的影响。屏蔽技术分为对发出电磁波部位的屏蔽和受电磁波影响的元器件的屏蔽。在开关电源中, 可发出电磁波的元器件是指变压器、电感器、功率器件等, 通常在其周围采用铜板或铁板作为屏蔽, 以使电磁波产生衰减。

此外, 为了抑制开关电源产生的辐射向外部发散, 为了减少电磁干扰对其他电子设备的影响, 应采取整体屏蔽。可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩, 然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体, 就能对电磁场进行有效的屏蔽。然而在使用整体屏蔽时应充分考虑屏蔽材料的接缝、电线的输入/输出端子和电线的引出口等处的电磁泄露, 且不易散热, 结构成本大幅度增加等因素。

为使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用, 加强屏蔽效果, 同时保障人身和设备的安全, 应将系统与大地相连, 即为接地技术。接地是指在系统的某个选定点与某个接地面之间建立导电的通路设计。这一过程是至关重要的, 将接地和屏蔽正确结合起来可以更好地解决电磁干扰问题, 又可提高电子产品的抗干扰能力。

1.3 PCB设计技术

为更好地抑制开关电源的电磁干扰, 其印制电路板 (PCB) 的抗干扰技术尤为重要。为减少PCB的电磁辐射和PCB上电路间的串扰, 要非常注意PCB布局、布线和接地。如减少辐射干扰是减小通路面积, 减小干扰源和敏感电路的环路面积, 采用静电屏蔽。而抑制电场与磁场的耦合, 应尽量增大线间距离。

在开关电源中接地是抑制干扰的重要方法。接地有安全接地、工作接地和屏蔽接地等3种基本类型。地线设计应注意以下几点:交流电源地与直流电源地分开;功率地与弱电地分开;模拟电路与数字电路的电源地分开;尽量加粗地线。

1.4 扩频调制技术

对于一个周期信号尤其是方波来说, 其能量主要分布在基频信号和谐波分量中, 谐波能量随频率的增加呈级数降低。由于n次谐波的带宽是基频带宽的n倍, 通过扩频技术将谐波能量分布在一个更宽的频率范围上。由于基频和各次谐波能量减少, 其发射强度也应该相应降低。要在开关电源中采用扩频时钟信号, 需要对该电源开关脉冲控制电路输出的脉冲信号进行调制, 形成扩频时钟 (如图3所示) 。与传统的方法相比, 采用扩频技术优化开关电源EMI既高效又可靠, 无需增加体积庞大的滤波器件和繁琐的屏蔽处理, 也不会对电源的效率带来任何负面影响。

1.5 一次整流电路中加功率因数校正 (PFC) 网络

对于直流稳压电源, 电网电压通过变压器降压后直接通过整流电路进行整流, 所以整流过程中产生的谐波分量作为干扰直接影响交流电网的波形, 使波形畸变, 功率因数偏低。为了解决输入电流波形畸变和降低电流谐波含量, 将功率因数校正 (PFC) 技术应用于开关电源中是非常必要的。PFC技术使得电流波形跟随电压波形, 将电流波形校正成近似的正弦波, 从而降低了电流谐波含量, 改善了桥式整流电容滤波电路的输入特性, 提高了开关电源的功率因数。其中无源功率因数校正电路是利用电感和电容等元件组成滤波器, 将输入电流波形进行移相和整形过程来实现提高功率因数的。而有源功率因数校正电路是依据控制电路强迫输入交流电流波形跟踪输入交流电压波形的原理来实现交流输入电流正弦化, 并与交流输入电压同步。两种方法均使功率因数提高, 后者效果更加明显, 但电路复杂。

2 结 语

本文的设计方法正确, 仿真结果正常, 克服了传统方案中所存在的一些问题, 使电磁干扰的抑制技术得到进一步优化。从开关电源电磁干扰产生的机理来看, 有多种方式可抑制电磁干扰, 除本文中分析的几种主要方法外, 还可以采用光电隔离器、LSA系列浪涌吸收器、软开关技术等。抑制开关电源的电磁干扰, 目的是使其能在各领域得到有效应用的同时, 尽量减少电磁污染, 实现了对电磁污染问题的有效治理。而在实际设计时, 应全面考虑开关电源的各种电磁干扰, 选用多种抑制电磁干扰的方法加以综合利用, 使电磁干扰降到最低, 从而提高电子产品的质量与可靠性。

参考文献

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[9]沙占友.电磁兼容的设计与测量[J].电子测量技术, 1997, 32 (9) :117-120.

篇4：开关电源产生电磁干扰的抑制

我们在使用计算机、电视机时，只要接通市电，打开开关即开始工作。实际上这些设备里面已经做了电源变换，将正弦波交流市电转换成各自需要的直流高压电，让设备即可工作。在这些设备的高可靠性电源中，开关电源起着关键作用。

随着经济发展和科学技术的进步，节约能源、提高效率、保护环境已被社会各界所重视，而开关电源是节约电能的重要环节，经过电力电子和开关电源技术处理后的电力供应，其节电效果是明显的。

开关频率达兆赫级的开关电源，为高频变换电池提供技术基础，促进现代电源技术的繁荣与发展，高频化带来的好处是，降低材料消耗，装置小型化，加快系统的动态反应，从而进一步扩展应用范围。然而这种高频化，其基波本身就构成一种干扰源，能发一种较强的传导干扰波。此外，通过元件的改进达到高频化的同时，也会因辐射干扰波而产生一种杂散的信号，这些信号就构成电磁干扰。为此，必须采取有效措施，抑制这种电磁干扰，使之符合电磁兼容为特征的绿色能源技术的要求，使无线电波免遭电磁干扰的影响。

1 电磁干扰的产生与特征

开关电源功率变换器中的功率半导体器件，其开关频率通常很高，功率开关器件在频繁的接通与断开过程中，不可避免地要产生电磁干扰。开关电源电磁干扰的产生与特征：电磁干扰的干扰源主要集中在功率开关器件、二极管以及与之相连的散热器和高频变压器上；作为开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，因而产生电磁干扰的噪声信号强度大，而且频率范围宽。此外，印制电路板的布线，若有存在欠妥之处，也是产生电磁干扰的原因。

开关电源电磁干扰对通讯设备等各类电子设备的干扰途径是：传导干扰和辐射干扰。为此，在开关电源输入和输出电路中，加装滤波器是抑制电磁干扰的最有效方法。

2抑制电磁干扰滤波器的选用与安装

抑制开关电源电磁干扰的技术是滤波技术，它可以把不需要的电磁能量，即传导干扰噪声信号减少到满意的程度，所以在抑制传导干扰方面，滤波技术是有效的手段。

2.1滤波器的选用

电磁干扰滤波器的选用，应根据干扰源的特性、频率范围、电压、阻抗等参数及负载特性的要求进行综合考虑后确定，一般应满足如下要求：(1)滤波器工作频率范围应满足负载衰减特性的要求，并能在宽频带内获得良好的衰减特性。(2)若抑制频率与有用信号频率非常接近时，则需选用频率特性非常陡峭的滤波器。(3)滤波器的阻抗必须与它相连接干扰源的阻抗和负载阻抗相匹配。(4)滤波器电压应根据电源和干扰源的额定电压来确定，使之具有一定耐压能力，并能够承受输入瞬时高压的冲击。万一发生电压击穿，它应处于开路状态，而不会使机壳带电。(5)滤波器允许通过的电流应与电路中连续运行的额定电流相一致。(6)滤波器工作在高电压、大电流、恶劣的电磁干扰环境中。其电感器、电容器等必须具有更良好的安全性能。(7)滤波器应具有足够的机械强度。并且结构简单、体积小、重量轻、安装方便、性能可靠，给用户带来低成本。

2.2滤波器的安装

篇5：电源电磁干扰分析及其抑制

摘要：在介绍反激式开关电源及其性能的基础上，讨论了该电源中的网侧谐波及抑制，开关缓冲、光电隔离等问题。

关键词：噪声;高次谐波;电磁干扰

引言

功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因。开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量，另一方面也导致了更为严重的EMI问题。如何减小产品的EMI，使其顺利通过FCC或IEC1000等EMC标准论证测试，已成为目前急须解决的问题。

图1

1 EMI分析

具体电路如图1所示。

输入为交流220V，经功率二极管整流桥变为直流作为反激变换器的输入，输出为三组直流：+5V，15V，12V，另外有一辅助电源5V，(本网网收集整理)用来给光耦PC817供电。控制电路用反馈控制，选用TOPSwicth系列的TOP223Y芯片。

开关电源工作时，其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的，因此，开关电源本身是一个噪声发生源。开关电源的干扰按噪声源种类分为尖峰干扰和谐波干扰两种。使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源，或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。

本电路中，交流输入电压Ui经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压，经电容C12平滑后变为直流，但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。如图2所示。

由图2中电流波形可知，电流中含有高次谐波。大量电流谐波分量流入电网，造成对电网的谐波污染。另外，由于电流是脉冲波，使电源输入功率因数降低。

2 EMI的抑制

2.1 高次谐波的抑制

在电路中采用共模扼流圈L11来抑制高次谐波。

对开关电源二根进线而言，存在共模干扰和差模干扰，如图3(a)及图3(b)所示。

在差模干扰信号作用下，干扰源产生的电流i，在磁芯中产生方向相反的磁通Φ，磁芯中等于没有磁通，线圈电感几乎为零。因此不能抑制差模干扰信号。

在共模干扰信号作用下，两线圈产生的磁通方向相同，有相互加强的作用，每一线圈电感值为单独存在时的两倍。因此，这种接法的电磁线圈对共模干扰有很强的抑制作用。

电路中在电网与整流桥之间插入一共模扼流圈，该扼流圈对电网频率的差模网侧电流呈现极低的阻抗，因而对电网的压降极低;而对电源产生的高频共模噪声，等效阻抗较高，因而可以得到希望的插入损耗。

2.2 扼流圈L11与C11组成低通滤波器

扼流圈L11的等效电感为L，以电源端作为输入，电网方向作为输出，则电路图如图4所示。

其传递函数幅值为

相位为

如图5所示。由此可见，以上LC网络组成的低通滤波器，可滤除ω0=1/

LC11以上的高次谐波。

2.3 共模和差模滤波器方案

本电路主要的EMI问题是电源噪声传入电网，将原来的共模扼流圈L11与电容C11及C12组成的滤波电路变为如图6所示电路。L1，L2，C1可除去差模干扰，L3，C2，C3可除去共模干扰。L1，L2为不易磁饱和的材料;C1可选陶瓷电容;L3为共模扼流圈;选定C=C2=C3及截止频率fo，则可根据L3=1/〔(2πfo)2C〕计算L3;选定C1及截止频率fo，可根据L1=L2=1/〔2(2πfo)2C1〕计算L1及L2。

2.4 缓冲电路

由于开关的快速通断，开关电流、电压波形为脉冲形式，产生噪声污染，增大了电源输出纹波，影响了电源的性能。

在电路中，输入为交流220V，经整流后电容上的电压约为交流有效值的1.2～1.4倍，即最大时为Ucm=220×1.4=308V。另外，变压器副边折合到原边的电压Up=Un×88/9，Un取副边第一绕组的电压，一般为9V左右，使稳压输出为5V。则Up=88V。因此，开关关断时所要承受的总电压Ut=Ucm+Up=308+88=396V。可见有必要对开关进行过压保护。电路选用的TOPSwitch开关芯片，其内部有过压保护和缓冲电路。为保险起见，还增加了外部的.缓冲电路，由R和C组成。

未加入缓冲电路和加入缓冲电路之后开关管电压ut和管电流ic及关断功耗pt的波形如图7(a)及图7(b)所示。加RC缓冲电路后，开关电压上升速率变慢，噪声减弱，抑制了EMI，并且开关功耗变小，使管子不致因过流过热而损坏。缓冲电路中的R在开关开通，电容C放电时起限流作用，避免对开关管的冲击。

对于开关开通时的电流冲击，由于有变压器原边线圈Np的限流，在电路中没加限流电感。

2.5 光电隔离

Flyback电路中使用PC817光耦对主电路和控制电路进行隔离。电源电路中，开关的控制非常重要，精度、稳定性要求高，且控制电路对噪声敏感，一旦有噪声，控制电路中的控制信号就会紊乱，严重影响电源的工作和性能。因此，用PC817将电源中的两部分进行隔离，这样便防止了噪声通过传导的途径传入到控制电路中。

3 结语

篇6：解析几种有效开关电源电磁干扰抑制

由于MOSFET及IGBT和软开关技术在电力电子电路中的广泛应用，使得功率变换器的开关频率越来越高，结构更加紧凑，但亦带来许多问题，如寄生元件产生的影响加剧，电磁辐射加剧等，所以EMI问题是目前电力电子界关注的主要问题之一。

图1 CM及DM噪声电流的耦合路径示意图

传导是电力电子装置中干扰传播的重要途径。差模干扰和共模干扰是主要的传导干扰形态。多数情况下，功率变换器的传导干扰以共模干扰为主。本文介绍了一种基于补偿原理的无源共模干扰抑制技术，并成功地应用于多种功率变换器拓扑中。理论和实验结果都证明了，它能有效地减小电路中的高频传导共模干扰。这一方案的优越性在于，它无需额外的控制电路和辅助电源，不依赖于电源变换器其他部分的运行情况，结构简单、紧凑。

1 补偿原理

共模噪声与差模噪声产生的内部机制有所不同：差模噪声主要由开关变换器的脉动电流引起；共模噪声则主要由较高的dv/dt与杂散参数间相互作用而产生的高频振荡引起。如图1所示。共模电流包含连线到接地面的位移电流，同时，由于开关器件端子上的dv/dt是最大的，所以开关器件与散热片之间的杂散电容也将产生共模电流。图2给出了这种新型共模噪声抑制电路所依据的本质概念。开关器件的dv/dt通过外壳和散热片之间的寄生电容对地形成噪声电流。抑制电路通过检测器件的dv/dt，并把它反相，然后加到一个补偿电容上面，从而形成补偿电流对噪声电流的抵消。即补偿电流与噪声电流等幅但相位相差180°，并且也流入接地层。根据基尔霍夫电流定律，这两股电流在接地点汇流为零，于是50Ω的阻抗平衡网络（LISN）电阻（接测量接收机的BNC端口）上的共模噪声电压被大大减弱了。

图3 带无源共模抑制电路的隔离型反激变换器

2 基于补偿原理的共模干扰抑制技术在开关电源中的应用

本文以单端反激电路为例，介绍基于补偿原理的共模干扰抑制技术在功率变换器中的应用。图3给出了典型单端反激变换器的拓扑结构，并加入了新的共模噪声抑制电路。如图3所示，从开关器件过来的dv/dt所导致的寄生电流ipara注入接地层，附加抑制电路产生的反相噪声补偿电流icomp也同时注入接地层。理想的状况就是这两股电流相加为零，从而大大减少了流向LISN电阻的共模电流。利用现有电路中的电源变压器磁芯，在原绕组结构上再增加一个附加绕组NC。由于该绕组只需流过由补偿电容Ccomp产生的反向噪声电流，所以它的线径相对原副方的NP及NS绕组显得很小（由实际装置的设计考虑决定）。附加电路中的补偿电容Ccomp主要是用来产生和由寄生电容Cpara引起的.寄生噪声电流反相的补偿电流。Ccomp的大小由Cpara和绕组匝比NP∶NC决定。如果NP∶NC=1，则Ccomp的电容值取得和Cpara相当；若NP∶NC≠1，则Ccomp的取值要满足icomp=Cpara・dv/dt。

图4和图5

此外，还可以通过改造诸如Buck，Half-bridge等DC/DC变换器中的电感或变压器，从而形成无源补偿电路，实现噪声的抑制，如图4，图5所示。

3 实验及结果

实验采用了一台5kW/50Hz艇用逆变器的单端反激辅助电源作为实验平台。交流调压器的输出经过LISN送入整流桥，整流后的直流输出作为反激电路的输入。多点测得开关管集电极对实验地（机壳）的寄生电容大约为80pF，鉴于实验室现有的电容元件，取用了一个100pF，耐压1kV的瓷片电容作为补偿电容。一接地铝板作为实验桌面，LISN及待测反激电源的外壳均良好接地。图6是补偿绕组电压和原方绕组电压波形。补偿绕组精确的反相重现了原方绕组的波形。图7是流过补偿电容的电流和开关管散热器对地寄生电流的波形。从图7可以看出，补偿电流和寄生电流波形相位相差180°，在一些波形尖刺方面也较好地吻合。但是，由于开关管的金属外壳为集电极且与散热器相通，散热器形状的不规则导致了开关管寄生电容测量的不确定性。由图7可见，补偿电流的幅值大于实际寄生电流，说明补偿电容的取值与寄生电容的逼近程度不够好，取值略偏大。图8给出了补偿电路加入前后，流入LISN接地线的共模电流波形比较。经过共模抑制电路的电流平衡后，共模电流的尖峰得到了很好的抑制，实验数据表明，最大的抑制量大约有14mA左右。

(本网网收集整理)

图9是用AgilentE4402B频谱分析仪测得的共模电流的频谱波形。可见100kHz到2MHz的频率范围内的CM噪声得到了较好的抑制。但是，在3MHz左右出现了一个幅值突起，之后的高频段也未见明显的衰减，这说明在高频条件下，电路的分布参数成了噪声耦合主要的影响因素，补偿电路带来的高频振荡也部分增加

了共模EMI噪声的高频成份。但从滤波器设计的角度来看，这并不太多影响由于降低了低次谐波噪声而节省的设备开支。若是能较精确地调节补偿电容，使其尽可能接近寄生电容Cpara的值，那么抑制的效果会在此基础上有所改善。

4 此技术的局限性

图10中的（a），（b），（c），（d）给出了噪声抑制电路无法起到正常效用时的电压、电流的波形仿真情况。这里主要包含了两种情况：

第一种情况是在输入电容的等效串联电感（ESL）上遇到的。电感在整个电路中充当了限制电流变化率di/dt的角色，很显然LISN中大电感量的串联电感限制了变换器电源作为电流源提供的能力。因此，这些脉动电流所需的能量必须靠输入电容来供给，但是输入电容自身的ESL也限制了它们作为电流源的能力。ESL愈大，则输入端电容提供给补偿变压器所需高频电流的能力愈受限制。当ESL为100nH时，补偿电路几乎失效。图10（a）中虽说补偿电压与寄生CM电压波形非常近似，但是图10（b）中却很明显看出流过补偿电容Ccomp的电流被限制了。

另外一种严重的情况是补偿变压器的漏感。当把变压器漏感从原来磁化电感的0.1％增大到10％的时候，补偿电路也开始失效，如图10（c）及图10（d）所示。补偿绕组电压波形由于漏感和磁化电感的缘故发生分叉。如果漏感相对于磁化电感来说很小的话，这个波形畸变可以忽略，但实际补偿电容上呈现的dv/dt波形已经恶化，以至于补偿电路无法有效发挥抑制作用。

为了解决ESL和变压器漏感这两个严重的限制因素，可以采取以下措施：对于输入电容的ESL，要尽量降低至可以接受的程度，通过并联低ESL值的电容来改善；密绕原方绕组和补偿绕组可以有效降低漏感。

图10 噪声电路失效仿真电压、电流波形

5 结语

篇7：浅谈开关电源如何抑制电磁干扰

1 开关电源电磁干扰的产生机理

开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明:

1.1 二极管的反向恢复时间引起的干扰

高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。

1.2 开关管工作时产生的谐波干扰

功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时这种谐波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。

1.3 交流输入回路产生的干扰

无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。

开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。

1.4 其他原因

元器件的寄生参数,开关电源的原理图设计不够完美,印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布置,具有很大的随意性,PCB的近场干扰大,并且印刷板上器件的安装、放置,以及方位的不合理都会造成EMI干扰。

2 开关电源EMI的特点

作为工作于开关状态的能量转换装置,开关电源的电压、电流变化率很高,产生的干扰强度较大;干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器,相对于数字电路干扰源的位置较为清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫兹),主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。

3 抑制电磁干扰的措施

3.1 干扰抑制技术的基础知识

抑制干扰要“对症下药”。即只有在深入的分析了干扰的来源、性质、传递方式、藕合方式以及干扰是以何种形式、在什么位置影响工作后,才能正确选择合适的抑制技术。总的来说,采用“灭”、“阻”、“抗”等三种方法来抑制干扰。

3.1.1 消除干扰源—“灭”干扰的方法

消除干扰源一种积极的措施.例如,大功率变压器会产生强大的工频干扰,若能把变压器搬走,或暂时停电或在远离干扰的地方进行实验,这样就能消除由变压器引起的工频干扰。原则上讲,对于干扰源都应予消除。但是在实际测量时,有些干扰源是不能消除的。例如,自然界的干扰,大功率电台发出的射频干扰等,此时,只能采用其它抑制方法来消除这些干扰。

3.1.2 破坏干扰的传输途径-“阻止”干扰的方法

干扰的传输方式可分两类:其一是以“场”的形式传输,例如,电容性耦合和互感性耦合;其二是以“路”的形式传输,例如,共阻抗耦合和漏电流耦合。对于以“路”形式传输的干扰,采取提高绝缘性能的方法以抑制漏电流耦合干扰;采用隔离变压器、光电耦合抑制共模干扰产生的环路电流;采用滤波、选频、屏蔽等技术消除干扰,采用合理的接地技术消除“共地”阻抗耦合,采用退耦电路消除电源内阻的影响等。对于以“场”形式传输的干扰,一般采用屏蔽和接地技术等。

3.1.3 提高接收电路的抗干扰能力-“抗”的方法

一台设计良好的电子装置,应该具有对有用信号敏感且具有一定的抗干扰能力。一般情况是:高输入阻抗电路比低输入阻抗电路更容易受到干扰的影响;布局松散的电子装置比结构紧凑的电子装置更易受外来干扰;模拟电路比数字电路的抗干扰能力差等。在设计电路时,对输入放大器采用对称结构,采用双绞线作为传输线,采用合理接地和退耦、滤波以及选频等方法提高接收电路的抗干扰能力。

3.2 屏蔽技术

屏蔽技术能够抑制电场、磁场的干扰,正确地使用屏蔽技术既能抑制干扰源对其它电子系统的影响,也能阻止干扰源进入系统内部。因此,屏蔽技术能用来防止干扰,也能用来阻断干扰。屏蔽技术的基本原理是把电力线和磁力线的影响限制在某个范围.即隔断“场”的耦合。

3.2.1 静电屏蔽

静电屏蔽的方法:选用低电阻的金属材料(如钢和铝)制成一个空腔的金属盒(称为屏蔽盒),将电路置于屏蔽盒内,并将屏蔽盒良好接大地。

静电屏蔽的原理:由静电学理论可知,处于静电平衡状态而且接地的屏蔽盒内,如果其内部无净电荷,外电场在屏蔽盒上产生的电荷通过接地线进入大地,屏蔽盒内任何一点处的电场为零,即盒内的电位处处相等,因此,置于屏蔽盒内的接收电路不会受外界电场的影响。同理,当屏蔽盒内有一个电量+Q的电荷,在屏蔽盒的内外侧产生符号相异的电荷,但因屏蔽盒接地,则外表面的感应电荷被中和,这样屏蔽盒外不存在电场.因此屏蔽盒内带电体的电场不会对外界产生影响。

3.2.2 电磁屏蔽

电磁屏蔽的方法:采用导电良好的材料制成屏蔽盒,将欲保护电路置于屏蔽盒内,这样屏蔽盒内的电磁场不会对外界产生干扰,外界电磁干扰也不会干扰屏蔽盒内的电路。其原理是,由电涡流效应和集肤效应可知,屏蔽盒具有阻断高频电磁波透入的特性。屏蔽层的厚度只要超过干扰电磁波透射深度的3倍即可。实际上屏蔽层的厚度只要能满足机械强度就行了。若把屏蔽盒接地,则兼有静电屏蔽作用。

3.2.3 低频磁屏蔽

为了防止低频磁场干扰,要用高磁导率材料制作屏蔽罩,使干扰磁场的磁力线在屏蔽罩内构成磁通路。由高磁导率材料内的磁阻比空气的磁阻小得多,因此,屏蔽罩外的漏磁可以略去不计,从而抑制低频磁场的干扰作用。

磁屏蔽罩应选择高磁导率材料,如坡莫合金,铁氧体罐等.并注意所用材料应有足够的厚度.以减少磁阻和防止磁饱和。同时注意到所用材料的频率特性,如坡莫合金在颇率超过500Hz时,其磁导率急剧下降,同时注意所用材料的环境温度,当温度升高,其磁导率下降;坡莫合金在经机械加工后,导磁率下降,因此加工后必须进行适当的热处理。

3.3 接地技术

选择合理的接地点是抑制干扰的重要措施。电缆屏蔽层或屏蔽罩(如机壳等嘟必须选择合理的接地点,才能有较强的抗干扰能力,为了防止共阻抗耦合产生的干扰,在印制电路板布线时也要选择合理的接地点:在实际测量中若同时使用多个仪器时,也要选择合理的接地点等等。如果接地不当就会导致干扰,甚至造成测量仪器无法工作。由此可见,接地是一很重要的问题。

结束语

近些年来,随着电源技术的飞速发展,高频开关电源控制从最初的模拟电路逐渐发展到微处理器、DSP等高集成度的控制器件。这些器件体积小、精密度高,但开关电源内的电磁干扰、辐射相对其他通讯设备更强,这对高频开关电源的抗干扰设计技术提出了更高的要求。

参考文献

[1]葛长虹.工业测控系统的抗干扰技术[M].冶金工业出版社.2006.

篇8：解析几种有效开关电源电磁干扰抑制

关键词：开关电源；电磁干扰；抑制；技术

开关电源由于其实用性，广泛运用于工业、军事、医疗等领域，在大功率高电压的电气设备之中，开关电源会受到难以避免的电磁干扰，在开关频率加大或功率密度提高的条件下，电磁的兼容性能需要加以密切的关注，也是需要切实解决的问题，本文从电子线路电磁干扰的特点入手，探讨高频开关电源电磁干扰的机理及抑制技术，对于开关电源的电磁兼容性进行测量，提供了干扰源的干扰量、传输特性及敏感度等依据，从而提高开关电源的使用效率和质量。

1 高频开关电源的概念及特点

电磁干扰即是电磁的兼容性不足，对电子设备之间的电磁辐射传导加以破坏的进程。开关电源在小型化、高频化发展的趋势中，自身的噪声源也会产生大量的传导性电磁干扰，即EMI，从而对电子系统造成不良效果。由于大量的电器设备如：计算机、通信产品、电器等的涌入，空间人为电磁能量以成倍的速度递增，电磁环境的恶化态势正显现出严重的问题。开关电源的电磁干扰是一种有害的电磁效应，它必须具备三个干扰要素，即：干扰源、敏感体、干扰耦合路径。它具有以下特点：

①开关电源在频繁的开关过程中，会产生较大的电流变化，从而不可避免地产生强大的干扰强度。

②开关电源干扰源的关键干扰装置表现在功率的开关器件、散热器、高频变压器之中，具有较为清晰的电路干扰位置。

③开关电源的干扰频率不高，主要表现为传导干扰和近距离电场干扰。

④由于线路板通常是人工布设，随意性较大，对于线路板分布参数的提取和评估，增加了难度，同时，人工布设不当也是产生电磁干扰源的一个原因。

⑤开关电源的电磁干扰与网侧阻抗不匹配，呈现变化的趋势，难以把握。而且，滤波器中的电器元件要在使用中承受较大的无功功率，就无疑增加了电源体积，降低了效率。

2 开关电源的工作原理及电磁干扰机理分析

2.1 开关电源的构造及工作原理

开关电源的构造由主电路、控制电路、检测电路、辅助电源构成，其中：主电路包括输入滤波器、整流器、逆变等；控制电路则是通过对输出端的数据的取样，在比较之下控制逆变器，从而改变输出频率或脉宽，实现电路稳定。检测电路重点提供保护电路中的参数，还显示各种仪表数据。辅助电源则负责提供单一电路的不同电源。

开关电源控制的工作原理，如下图1所示：

在图1中，K开关负责无定时的接通或断开，在K开关接通时，E电源向开关K和滤波电路提供负载RL及能量；在K开关断开时，E电源中止提供能量。由此可知，电源提供的负载和能量是无定时的、间断的状态，而为了使开关获取稳定连续的能量供给，需要配备储能装置，即在能量接通时负责实现对能量的储存，在开关断开时，负责释放储存的能量，这个装置由图中的电感L、电容C2、二极管D构成，这个电路具有上述功能。可以将图中AB之间的电压平均值用EAB表示，用以下公式加以计算和控制：

E=TT·E

上式中：Ton表示每次接通开关的时间；T表示开关通断的周期间隔。在这两个要素变化的条件下，AB之间的电压平均值也会改变，这种改变控制称为“时间比率控制”。开关电源控制原理，主要表现为三种方式：脉冲宽度调制；脉冲频率调制；混合调制。

2.2 电磁干扰的产生机理分析

开关电源的电磁干扰是存在电路之中的无用信号、噪声等，它们对于电气设备、通道产生的干扰，开关电源自身存在有大量的谐波干扰，同时还有潜在的电磁干扰，并集中显现于电压、电流变化较大的电气元器件之中。电磁干扰产生的机理主要有以下几点：

①开关电路产生的电磁干扰。由开关管和高频变压器构成的开关电路是开关电源的核心，具有较大幅度的脉冲，谐波丰富，开关电路产生的电磁干扰主要是由于开关管负载为高频变压器初级线圈，在开关管接通与断开的瞬间，会出现较大的电压尖峰，产生磁化冲击电流的瞬变，这就造成了属于传导性质的电磁干扰。

②整流电路造成的电磁干扰。整流电路的整流二极管在接通状态时，有较大的正向电流，然而当其终断时受反的电压影响，而产生一个反向电流，还包含较多的高频谐波分量，产生剧烈的电流变化。

③高频变压器产生的电磁干扰。在高频开关电源构成中，变压器初级线圈、开关管和滤波电容，会形成高频开关电流环路，在这个环路之内有极大的空间辐射，若电容滤波性能不好或容量不足，电容上的高频阻抗就会将高频电流传导到交流电源中，造成传导干扰。同时，值得一提的是，整流电路造成的干扰强度较大、频带较宽，是较为重要的电磁干扰源之一。

④分布电容生成的电磁干扰。由于开关电源正向高频发展，因而分布电容也是电磁干扰源之一，由于散热片和开关管的集电极之间的绝缘片接触面积大而薄，高频电流会由分布电容流过，产生共模干扰。

3 开关电源电磁干扰的抑制技术举措分析

对于开关电源电磁干扰的抑制技术，主要可以从三个途径着手：其一，减少电磁干扰源的干扰信号；其二，截断电磁干扰信号路径；其三，提高电磁干扰敏感体的抗干扰性能。下面，本文可以就抑制开关电源电磁干扰的技术进行分述：

3.1 软开关抑制技术

软开关抑制技术基于“硬”开关基础之上，它是利用谐振技术或控制技术，连通或截断零电流状态下的先进技术。它在小型化、轻量化、电磁兼容性高的发展特点之下，有效地降低了开关损耗和噪声，提高了开关电源的使用频率。

软开关与“硬”开关的区别在于：“硬”开关在开关过程中的电压和电流都不为零，有重叠的状况；而且电压、电流的变化较大，脉冲较为明显，产生较大的开关噪声。而软开关由于增添了电感、电容等谐振元件，减少了电压、电流的重叠，有效降低了开关噪声。

软开关技术中包括多种技术，如：谐振变换器、准谐振变换器、零开关PWM变换器、零转换PWM变换器。其中：谐振变换器是基于标准PWM变换器之上，附加谐振网络，从而实现零电压或零电流的开关。准谐振变换器则是在PWM开关上附加谐振元件的控制技术。零开关PWM变换器是先利用谐振实现换相，再运用PWM方式工作。零转换PWM变换器是并联一个谐振网络，由此而产生零开关条件，实现控制技术。但是，值得注意的是，软开关技术要有辅助电路的添加实现，才能较好地实现对开关电源EMI的有效改善和优化。

3.2 开关频率调制技术

首先，要明晰频率调制的概念，频率调制是指瞬时频率偏移跟随调制信号m（t）成比例变化的调制，它可以用以下公式表示：

=Km（t）

其次，我们再分析开关频率调制技术的应用思想：固定频率调制脉冲在低频段上产生电磁干扰，并集中于低频段的各个谐波点之上，它通过调制开关频率fc，将集中的能量加以分散，从而有效降低各个谐波点上的EMI值，它关注的是使分散的各频点都在EMI的限值之内，而并非降低电磁干扰的总量。鉴于这一应用思想，开关频率调制技术在降低噪声频谱峰值的过程中，采用随机频率控制法和调制频率控制法。

其中：随机频率控制法是在开关电源间隔之中加入随机扰动分量，分散各频点的噪声能量，使离散的尖峰脉冲噪声转化为连续、分散的各频点噪声，从而降低峰值。调制频率控制法则是在电路产生的锯齿波中加入调制波形，生成离散频段的边频带，使噪声能量分散到这些边频带之上，这样，就可以在不影响变换器工作的前提下，抑制开关的通断时的电磁干扰。

3.3 共模电磁干扰的有源抑制技术

共模干扰也称不对称干扰、接地干扰，它是电流的载体与大地之间的电磁干扰，有源抑制技术的应用思想主要是在主回路中提取与导致干扰的开关电压波形完全反相的补偿EMI噪声电压，在保证开关电源正常工作的前提下，消除较宽频段内的共模干扰。这一抑制技术是作用于电磁干扰源本身，是非常有效的共模电磁干扰抑制技术。

3.4 抑制电磁干扰的缓冲电路设计

对于缓冲电路设计的开关电源可以消除电力线内潜在的电磁干扰，对于阻抗和消除电快速瞬变、电涌、电压高低变化、电力线谐波等，可以起到较重要的作用。试例50kHz开关控制电源的构造图为：（图2）

其中：开关元件在有外来电压变化时，产生较多的谐波成分而导致其波形失真，图中的线性阻抗稳定网络可以有效地抑制共模干扰，在其对称结构和适宜的去耦处理与设计下加以解决。整流滤波电路由整流电路和大电容构成，它可以产生高频的矩形脉冲，并可以促进稳压反馈作用，稳定输出的电压。场效应管开关主电路是核心电路，设计之中添加了一个缓冲电路来抑制EMI，它主要采用灵敏接地的方法解决共模辐射的问题。

3.5 滤波抑制技术

这是一种常用而高效的高频开关电源电磁干扰抑制技术，它的应用原理为：在高频开关电源的输入输出端口，接上滤波器，阻抗开关电源在电网中的干扰信号，其干扰信号主要是传导干扰，并表现为共模干扰和“差模”干扰两种形式，其中：共模干扰是非对称性的干扰，它是干扰信号对地的电位差以及电网串连的噪声，具有幅度大、频率高、干扰性能较大的特性；“差模”干扰是对称性干扰，它是电磁场在信号间耦合感应以及不平衡电路转换而产生的电压，它在添加抗干扰滤波器的条件下，可以有效地抑制干扰信号。“差模”干扰具有幅度小、频率低、干扰较小的特性。

3.6 PCB抑制技术

PCB抗干扰抑制技术的目的是为了减小PCB的电磁辐射，解决PCB电路之间的串扰现象。它包括布局、布线及接地设计，其布局设计与电气设计类似，设计流程为：首先考虑PCB的尺寸和形状，要保持最佳电路板的矩形形状，即长宽比为3：2或4：3，使其可以承受一定的机械强度；然后，再确定特殊元器件的位置设计。由于发生器、“晶振”易产生干扰噪声，因而在设计时的位置要相互靠近；最后，再根据电路的功能单元进行整体布局，要考虑元器件的分布参数，确保均匀、整齐而紧凑，尽量减少元器件之间的引线和连接，还要选取不易产生噪声的、不易传导的、不易辐射噪声的元器件。

3.7 屏蔽抗干扰抑制技术

由于开关电源会在传播空间产生电场和磁场，因而，可以考虑采用屏蔽的措施，将电磁干扰源和受干扰物之间隔离一层与地相连的屏蔽片，这种屏蔽技术可以采用两种方式，其一是静电屏蔽，用于阻抗“静电”场和恒定磁场的干扰；其二是电磁屏蔽，用于阻抗交变电场、磁场的干扰，这样，就可以使电磁波产生衰减，减少对电气设备的干扰影响。

总而言之，高频的开关电源会在信号传输过程中产生电磁干扰，不利于电气设备的安全、稳定运行，因而，需要采用适宜的开关电源电磁干扰抑制技术，使电磁干扰得到有效的衰减，保障电气设备稳定、高效。

参考文献：

[1]李林.开关电源纹波的计算和仿真——稳态纹波篇[J].今日电子，2014（02）.

[2]陈天乐.开关电源的新技术与发展前景[J].通信电源技术，2014（02）.

[3]白丽华.开关电源的干扰及其抑制[J].科技信息，2013（10）.

[4]高孝天.开关电源控制模式的探讨[J].科技创新与应用，2013（12）.

篇9：解析几种有效开关电源电磁干扰抑制

近年来, 开关电源以其效率高、体积小、输出稳定性好的优点而迅速发展起来。但是, 由于开关电源工作过程中的高频率、高di/dt和高dv/dt使得电磁干扰问题非常突出。国内已经以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证, 使得对开关电源在电磁兼容方面的要求更加详细和严格。如今, 如何降低甚至消除开关电源的EMI问题已经成为全球开关电源设计师以及电磁兼容 (EMC) 设计师非常关注的问题。本文讨论了通信开关电源电磁干扰形成的原因以及常用的EMI抑制方法。

电磁干扰不但影响通信开关电源本身你的正常工作, 而且给电网和供电设备产生极大的危害, 因此抑制电磁干扰非常重要。在通信开关电源应用中, 一方面, 要分析开关电源电磁干扰产生的机理;另一方面, 在开关电源电路设计上如何尽量减少电磁干扰的产生。下面我们就从通信开关电源设计上来分析电磁干扰的产生及抑制电磁干扰的措施。

(二) 干扰源分析

通信开关电源模型如下图1所示, 开关电源产生电磁干扰最根本的原因, 就是其在工作过程中产生的高di/dt和高dv/dt, 它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换都是这类干扰源。开关电源中电压电流波形大多为接近矩形的周期波, 比如开关管的驱动波形、IGBT波形等。对于矩形波, 周期的倒数决定了波形的基波频率;两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数决定了这些边缘引起的频率分量的频率值, 典型的值在MHz范围, 而它的谐波频率就更高了。这些高频信号都对开关电源的基本信号, 尤其是控制电路的信号造成干扰。

通信开关电源的电磁噪声从噪声源来说可以分为两大类。一类是外部噪声, 例如, 通过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射对供电系统控制电路的干扰等。另一类是开关电源自身产生的电磁噪声, 如开关管电流尖峰产生的谐波及电磁辐射干扰。如图2所示, 电网中含有的共模和差模噪声对无刷直流供电系统产生干扰, 供电系统在受到电磁干扰的同时也对电机负载产生电磁干扰 (如图中的返回噪声、输出噪声和辐射干扰) 。进行通信开关电源EMI设计时一方面要防止供电系统对电网和附近的电子设备产生干扰, 另一方面要加强供电系统本身对电磁骚扰环境的适应能力。下面具体分析开关电源噪声产生的原因和途径。

1. 电源线引入的电磁噪声

电源线噪声是电网中各种用电设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。电源线噪声分为两大类:共模干扰、差模干扰, 如上图2所示。共模干扰定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差;差模干扰定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。共模干扰电流不通过地线, 而通过输入电源线传输。而差模干扰电流通过地线和输入电源线回路传输。所以, 我们设置电源线滤波器时要考虑到差模干扰和共模干扰的区别, 在其传输途径上使用差模或共模滤波元件抑制它们的干扰, 以达到最好的滤波效果。

2. 输入电流畸变造成的噪声

通信开关电源的直流电压一般采用交流输入电经桥式整流、电容滤波型整流得到。如图3所示, 在没有PFC功能的输入级, 由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用, 使得二极管的导通角变小, 输入电流Ii成为一个时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流。这种畸变的电流实质上除了包含基波分量以外还含有丰富的高次谐波分量。这些高次谐波分量不但产生的谐波污染, 而且对供电设备正常运行产生干扰。为了抑制通信开关电源谐波污染对电网的污染和干扰, PFC电路是不可或缺的部分。

3. 分布及寄生参数引起的供电系统噪声

通信开关电源的分布参数是多数干扰的内在因素, 例如供电系统和散热器之间的分布电容就是噪声源。整流逆变器与散热器之间的分布电容与开关管的结构以及开关管的安装方式有关。采用带有屏蔽的绝缘衬垫可以减小开关管与散热器之间的分布电容。

如图4所示, 在高频工作下的元件都有高频寄生特性, 对其工作状态产生影响。高频工作时导线变成了发射线、电容变成了电感、电感变成了电容、电阻变成了共振电路。观察图4中的频率特性曲线可以发现, 当频率过高时各元件的频率特性产生了相当大的变化。为了保证开关电源在高频工作时的稳定性, 设计开关电源要充分考虑元件在高频工作时的特性, 选择使用高频特性比较好的元件。另外, 在高频时, 导线寄生电感的感抗显著增加, 由于电感的不可控性, 最终使其变成一根发射线。也就成为了开关电源中的辐射干扰源。

(三) EMI抑制措施

电磁兼容的三要素是干扰源、耦合通路和敏感体, 抑制以上任何一项都可以减少电磁干扰问题。通信开关电源工作在高电压大电流的高频开关状态时, 其引起的电磁兼容性问题是比较复杂的。但是, 仍符合基本的电磁干扰模型, 可以从三要素入手寻求抑制电磁干扰的方法。

1. 通信开关电源中各类电磁干扰源抑制

为了解决输入电流波形畸变和降低电流谐波含量, 开关电源需要使用功率因数校正 (PFC) 技术。PFC技术使得电流波形跟随电压波形, 将电流波形校正成近似的正弦波。从而降低了电流谐波含量, 改善了桥式整流电容滤波电路的输入特性, 同时也提高了开关电源的功率因数。

软开关技术是减小开关器件损耗和改善开关器件电磁兼容特性的重要方法。开关器件开通和关断时会产生浪涌电流和尖峰电压, 这是开关管产生电磁干扰及开关损耗的主要原因。使用软开关技术使开关管在零电压、零电流时进行开关转换可以有效地抑制电磁干扰。综合上面分析在图1PFC电路中可以采用Boost-ZVT变换器, 在后面逆变部分使用全桥移相位电路。此外, 使用缓冲电路吸收开关管或高频变压器初级线圈两端的尖峰电压也能有效地改善电磁兼容特性。

2. 切断电磁干扰传输途径--共模、差模电源线滤波器设计

电源线干扰可以使用电源线滤波器滤除, 整流逆变器EMI滤波器基本电路如图5所示。一个合理有效的整流逆变器EMI滤波器应该对电源线上差模干扰和共模干扰都有较强的抑制作用。在图5中CX1和CX2叫做差模电容, L1叫做共模电感, CY1和CY2叫做共模电容。差模滤波元件和共模滤波元件分别对差模和共模干扰有较强的衰减作用。

共模电感L1是在同一个磁环上由绕向相反、匝数相同的两个绕组构成。通常使用环形磁芯, 漏磁小, 效率高, 但是绕线困难。当市网工频电流在两个绕组中流过时为一进一出, 产生的磁场恰好抵消, 使得共模电感对市网工频电流不起任何阻碍作用, 可以无损耗地传输。如果市网中含有共模噪声电流通过共模电感, 这种共模噪声电流是同方向的, 流经两个绕组时, 产生的磁场同相叠加, 使得共模电感对干扰电流呈现出较大的感抗, 由此起到了抑制共模干扰的作用。

实际使用中共模电感两个电感绕组由于绕制工艺的问题会存在电感差值, 不过这种差值正好被利用作差模电感。所以, 一般电路中不必再设置独立的差模电感了。共模电感的差值电感与电容CX1及CX2构成了一个∏型滤波器。这种滤波器对差模干扰有较好的衰减。

除了共模电感以外, 图5中的电容CY1及CY2也是用来滤除共模干扰的。共模滤波的衰减在低频时主要由电感器起作用, 而在高频时大部分由电容CY1及CY2起作用。电容CY的选择要根据实际情况来定, 由于电容CY接于电源线和地线之间, 承受的电压比较高, 所以, 需要有高耐压、低漏电流特性。

差模干扰抑制器通常使用低通滤波元件构成, 最简单的就是一只滤波电容接在两根电源线之间而形成的输入滤波电路 (如图5中电容CX1) , 只要电容选择适当, 就能对高频干扰起到抑制作用。该电容对高频干扰阻抗甚底, 故两根电源线之间的高频干扰可以通过它, 它对工频信号的阻抗很高, 故对工频信号的传输毫无影响。该电容的选择主要考虑耐压值, 只要满足功率线路的耐压等级, 并能承受可预料的电压冲击即可。为了避免放电电流引起的冲击危害, CX电容容量不宜过大, 一般在0.01~0.1μF之间。电容类型为陶瓷电容或聚酯薄膜电容。

3. 使用屏蔽降低电磁敏感设备的敏感性

抑制辐射噪声的有效方法就是屏蔽。可以用导电性能良好的材料对电场进行屏蔽, 用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。为了防止变压器的磁场泄露, 使变压器初次级耦合良好, 可以利用闭合磁环形成磁屏蔽, 如罐型磁芯的漏磁通就明显比E型的小很多。开关电源的连接线, 电源线都应该使用具有屏蔽层的导线, 尽量防止外部干扰耦合到电路中。或者使用磁珠、磁环等EMC元件, 滤除电源及信号线的高频干扰, 但是, 要注意信号频率不能受到EMC元件的干扰, 也就是信号频率要在滤波器的通带之内。整个通信开关电源的外壳也需要有良好的屏蔽特性, 接缝处要符合EMC规定的屏蔽要求。通过上述措施保证开关电源既不受外部电磁环境的干扰也不会对外部电子设备产生干扰。

4. PCBLAYOUT应注意的问题

布线通信开关电源中包含有高频信号, PCB上任何印制线都可以起到天线的作用, 印制线的长度和宽度会影响其阻抗和感抗, 从而影响频率响应。因此应将所有通过高频交流的电流和印制线设计得尽可能短而宽, 这意味着必须将所有连接到印制线和连接到其他电源线的元器件放置的很近。印制线的长度与其表现出的电感量和阻抗成正比, 而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。根据印制线路经电流的大小, 应尽量加粗电源线度, 减少环路电阻。

(四) 结束语

如今在通信开关电源体积越来越小, 功率密度越来越大的趋势下。EMI/EMC问题成为了通信开关电源稳定性的一个关键因素, 也是一个最容易忽视的方面。开关电源的EMI抑制技术在开关电源设计中占有很重要的位置。实践证明, EMI问题越早考虑、越早解决, 费用越小、效果越好。

摘要：文章讨论了通信开关电源的电磁干扰问题;分析了通信开关电源电磁干扰产生的原因, 并在基础上提出了抑制电磁干扰的方法。抑制通信开关电源中电磁干扰问题对提高通信电源和供电设备安全和稳定性有极为重要的意义。

关键词：开关电源,电磁干扰,干扰机理

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