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如何抑制開關(guān)電源的干擾
0、引言
開關(guān)電源作為電子設(shè)備的供電裝置，具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點，在數(shù)字電路中得到了廣泛的應(yīng)用，然而由于工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，屬于強(qiáng)干擾源，其本身產(chǎn)生的干擾直接危害著電子設(shè)備的正常工作。因此，抑制開關(guān)電源本身的電磁噪聲，同時提高其對電磁干擾的抗擾性，以保證電子設(shè)備能夠長期安全可靠地工作，是開發(fā)和設(shè)計開關(guān)電源的一個重要課題。
1、開關(guān)電源干擾的產(chǎn)生
開關(guān)電源的干擾一般分為兩大類：一是開關(guān)電源內(nèi)部元器件形成的干擾;二是由于外界因素影響而使開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。兩者都涉及到人為因素和自然因素。
1.1開關(guān)電源內(nèi)部干擾
開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI主要是由基本整流器產(chǎn)生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾。
1.1.1基本整流器
基本整流器的整流過程是產(chǎn)生EMI常見的原因。這是因為工頻交流正弦波通過整流后不再是單一頻率的電流，而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量，諧波(特別是高次諧波)會沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，使前端電流發(fā)生畸變，一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變，另一方面通過電源線產(chǎn)生射頻干擾。
1.1.2功率變換電路
功率變換電路是開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心，它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要元器件為
1)開關(guān)管開關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容，當(dāng)開關(guān)管流過大的脈沖電流(大體上是矩形波)時，該波形含有許多高頻成份;同時，關(guān)電源使用的器件參數(shù)如開關(guān)功率管的存儲時間，輸出級的大電流，開關(guān)整流二管的反向恢復(fù)時間，會造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流，另外，開關(guān)管的負(fù)載是高頻變壓器或儲能電感，在開關(guān)管導(dǎo)通的瞬間，變壓器初級出現(xiàn)很大的涌流，造成尖峰噪聲。
2)高頻變壓器開關(guān)電源中的變壓器，用作隔離和變壓，但由于漏感的原因，會產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲;同時，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次級，而變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場更容易在其他引線上耦合形成噪聲。
3)整流二管二次側(cè)整流二管用作高頻整流時，由于反向恢復(fù)時間的因素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立即消除(因載流子的存在，還有電流流過)。一旦這個反向電流恢復(fù)時的斜率過大，流過線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓，在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾，其頻率可達(dá)幾十MHz。
4)電容、電感器和導(dǎo)線開關(guān)電源由于工作在較高頻率，會使低頻元件特性發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲。
1.2開關(guān)電源外部干擾
開關(guān)電源外部干擾可以以“共模”或“差模”方式存在。干擾類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到*失電之間進(jìn)行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等，電源干擾的類型見表1。
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在表1中的幾種干擾中，能夠通過電源進(jìn)行傳輸并造成設(shè)備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波，而靜電放電等干擾只要電源設(shè)備本身不產(chǎn)生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象，就不會造成因電源引起的對用電設(shè)備的影響。
2、開關(guān)電源干擾耦合途徑
開關(guān)電源干擾耦合途徑有兩種方式：一種是傳導(dǎo)耦合方式，另一種是輻射耦合方式。
2.1傳導(dǎo)耦合
傳導(dǎo)耦合是騷擾源與敏感設(shè)備之間的主要耦合途徑之一。傳導(dǎo)耦合必須在騷擾源與敏感設(shè)備之間存在有完整的電路連接，電磁騷擾沿著這一連接電路從騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感設(shè)備，產(chǎn)生電磁干擾。按其耦合方式可分為電路性耦合、電容性耦合和電感性耦合。在開關(guān)電源中，這3種耦合方式同時存在，互相聯(lián)系。
2.1.1電路性耦合
電路性耦合是常見、簡單的傳導(dǎo)耦合方式。其又有以下幾種：
1)直接傳導(dǎo)耦合導(dǎo)線經(jīng)過存在騷擾的環(huán)境時，即拾取騷擾能量并沿導(dǎo)線傳導(dǎo)至電路而造成對電路的干擾。
2)共阻抗耦合由于兩個以上電路有公共阻抗，當(dāng)兩個電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時，一個電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會影響到另一個電路，這就是共阻抗耦合。形成共阻抗耦合騷擾的有電源輸出阻抗、接地線的公共阻抗等。
21.2電容性耦合
電容性耦合也稱為電耦合，由于兩個電路之生的尖峰電壓是一種有較大幅度的窄脈沖，其頻間存在寄生電容，使一個電路的電荷通過寄生電容影響到另一條支路。
2.1.3電感性耦合
電感性耦合也稱為磁耦合，兩個電路之間存在互感時，當(dāng)干擾源是以電源形式出現(xiàn)時，此電流所產(chǎn)生的磁場通過互感耦合對鄰近信號形成干擾。
2.2輻射耦合
通過輻射途徑造成的騷擾耦合稱為輻射耦合。輻射耦合是以電磁場的形式將電磁能量從騷擾源經(jīng)空間傳輸?shù)浇邮芷?。通常存?種主要耦合途徑：天線耦合、導(dǎo)線感應(yīng)耦合、閉合回路耦合和孔縫耦合。