開關電源電磁干擾分析及抑制研究

張碧蟬

（山東能源重裝集團魯南裝備再制造分公司，山東 棗莊 277021）

開關電源電磁干擾分析及抑制研究

張碧蟬

（山東能源重裝集團魯南裝備再制造分公司，山東 棗莊 277021）

在開關電源使用過程中，電磁干擾問題不可完全避免，但可以通過技術降低對其他用電設備的干擾。本文中，筆者從源頭出發，剖析了干擾源產生的原因，在此基礎上提出了抑制干擾的方法，并產生了良好的效果。

開關電源；電磁干擾；原因分析；抑制措施

0 引言

隨著社會的信息化發展，電子設備的使用量日益增加，其產生的電磁干擾嚴重影響了人們的正常生活。開關電源是電子設備不可缺的元器件，其是產生電磁干擾的源頭。為了降低電磁干擾的影響，我們需要從源頭出發，提出相應的改善方案。

1 開關電源原理與特性

開關電源（Switching Power Supply），又稱交換式電源、開關變換器，是一種高頻化電能轉換裝置，其功能是將一個位準的電壓透過不同形式的架構轉換為用戶端所要求的電壓或電流，一般來說，開關電源具有以下幾點特性：（1）安裝位置固定；（2）通過開關的方式實現能量的轉換；（3）人工布置印刷線路板的走線；（4）開關時的頻率差大。

2 開關電源電磁干擾因素分析

2.1 二極管的反向恢復時間引起的干擾

在實際工作中，二極管不能截止反向電壓，且PN結內積聚的大量的載流子不能立即消失，因而會產生反向電流。因此，在載流子消失之前的一段時間內，會出現大量反向流動的電流，從而使載流子消失的反向恢復電流急劇減少，進而產生較大的電流變化di/dt。

2.2 開關管工作時產生的諧波干擾

由于開關管的負載是一個感性的高頻變壓器線圈，在通斷期間，變壓器的兩端會產生刺耳的噪聲，造成嚴重的噪聲污染。功率開關管在接通時會流過脈沖電流，其電流的波形在通過阻性負載時近似為矩形波，內含較多的諧波，進而產生電磁干擾。

2.3 交流輸入回路產生的干擾

在反向恢復期間，將會在無工頻變壓器開關電源的輸入端產生高頻急劇衰減振蕩，進而引起電磁干擾，即傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾是將尖峰干擾和諧波干擾的能量通過開關電源的輸入輸出線路向外傳播而形成的干擾現象；輻射干擾是將諧波和寄生振蕩的能量通過開關電源的輸入輸出線路傳輸時產生的干擾現象。

2.4 其他原因

開關電源中的元器件安裝位置不合理，原理設計構想的不足；內部線路的走線是人工布置，誤差較大，并且線路板的近場干擾較大。上述因素都會產生一定量的電磁干擾，因此想要完全避免電磁干擾是不現實的，但是有辦法對干擾進行科學的抑制，降低對周圍電子設備的影響。

3 開關電源電磁干擾的抑制措施

3.1 降低開關電源本身的干擾

抑制電磁干擾的根本之法是降低其自身的干擾，可以通過以下3種方法來解決：（1）軟開關技術。經過學者們的研究表明，功率開關管接通關閉期間的電壓變化是電磁干擾的主要源頭，故可以通過減少開關管的接通關閉次數來降低電磁干擾［1］。通過科研人員的不懈努力，發現含有電壓鉗位的零電壓定頻開關轉換器抗干擾能力增強，所以采用軟開關技術與科學安放的元器件和電路板的走線，開關電源抵御干擾的能力必然會提升。（2）調制頻率控制。在開關頻率點上積聚著離散的干擾能量，不符合抑制電磁干擾的標準。如果將這些分散的能量調制分布在寬頻帶上，將會符合抗干擾的標準。調制頻率控制是基于該原理來抑制開關電源的電磁干擾的方法之一［1］。（3）開關管和輸出二極管的緩沖電路；如圖1所示，增加合理的緩沖電路可以降低開關管和輸出二極管產生的干擾。圖中設有三條緩沖電路：① C1、R1、VD1組成的緩沖電路：功能是吸收變壓器漏感殘存的干擾能量，降低VT的浪涌電壓； ② C2、R2、VD2組成的緩沖電路：功能是降低VT的電壓變化du/dt； ③ C3、R3組成輸出二極管的緩沖電路，其功能是可以降低VT的電流變化di/dt。

緩沖電路添加加電路中，波形圖得到了顯著的優化。開關電壓上升曲線的斜率減小，噪聲降低，能夠很好地抑制了電磁干擾；同時，開關管的功耗減小，避免了過度發熱而導致元器件損壞。

3.2 采用濾波器抑制電磁干擾

采用濾波技術抑制電磁干擾是一種有用的方式，尤其是傳導干擾和輻射干擾，會產生很好的抑制效果。如果電磁干擾濾波器使用得當，交流電源輸入端低頻差模和高頻共模引起的干擾將抑制在合理的范圍內。因此，在選用濾波器是一定要注意型號，只有選擇合理，才能達到預期效果。

3.3 屏蔽技術和接地技術

屏蔽技術是使用優良的導電材料對電磁場屏蔽有效措施之一，其采用鋁制屏蔽罩屏蔽輻射干擾有良好的效果，且該方法對電路不會造成任何影響。在電路系統的設計中為了保證安全，通常采用多點接地的方式來保障電力系統正常運行。另外，接地的另一目的是可以減少返回電流引起的輻射干擾。屏蔽技術和接地技術都有理想的抑制效果。

3.4 擴頻調制技術

由于諧波能量隨頻率的增加而急劇降低，所以通過增加頻率來實現降低電磁干擾是可行的。在開關電源中輸入擴頻時鐘信號，然后對輸出的脈沖信號進行擴頻調制。擴頻調制技術與傳統方法相比，具有更高的穩定性，且操作方便快捷。

4 結語

在開關電源不斷高頻化的發展進程中，各種電磁干擾日益嚴重，現已引起人們的關注。本文從分析引起電磁干擾的原因出發，列舉了幾種抑制干擾的方法，其相互獨立，均可單獨使用。隨著對EMI研究的深入，學者們還提出了其他技術方法，如印制電路板抗干擾技術、高頻變壓器的設計和制作、光電隔離器等。在實際使用中，我們可結合周圍環境的實際情況，靈活運用多種抑制技術，才能達到預期效果。

［1］周志敏，周紀海.開關電源實用技術——設計與應用［M］.人民郵電出版社，2003.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.225