雷達系統開關電源電磁兼容技術研究

海軍701工廠

一、雷達開關電源電磁兼容問題產生的機理及特點

干擾的電磁源頭從哪里來，干擾的電磁怎樣傳播，什么樣的設備易被干擾，是雷達開關電源電磁兼容研究的主要內容。

雷達開關電源是將交流電轉化成直流電進行輸出，其過程需要使用輸入整流濾波電路（交流電輸入），功率變換電路（高頻逆變），輸出整流濾波電路（直流電壓輸出），以及控制電路。功率變換電路工作時，電路中的設備會進行高頻運轉，導致出現高噪音，形成對雷達系統的干擾，而雷達收發的無線電波和雷達系統中的其他部件運行時又會對開關電源的眾多控制電路進行干擾，這樣一來，開關電源就成了既是易被干擾設備，又是干擾電磁的源頭。

（一）電磁的干擾源頭

脈寬調整管、半導體二極管、高頻開關電源變壓器等設備是開關電源中主要電磁干擾源頭。

1.整流電路電磁干擾的源頭

開關電源的二極管整流橋堆電路運行時，瞬時輸入電流可高達150 A，對電壓波形造成極嚴重影響，高峰值脈沖電流會在大電容充電時出現，并伴有高頻諧波分量（一個周期電氣量的傅立葉級數中次數大于一的整數倍分量），傳輸電路沿線會被其干擾，整個電網都將受到嚴重的影響。另外，高頻率運行狀態下的開關電源，使得二極管導通，截至速率過高，因此產生的反向浪涌電流的高頻震顫會形成電磁干擾。

2.開關電路電磁干擾源頭

脈寬調整管在高頻次的打開、閉合中會使電壓和電流發生極大的瞬間變化，過程中的噪音成為電磁干擾源頭，此過程還將部分能量傳導至電路中并產生衰減震蕩，與脈寬調整管電壓共同作用，使電壓出現極高的波峰值，這種情況不僅會損傷脈寬調整管本身，也同時是更強烈的電磁干擾源頭。

3.高頻變壓器電磁干擾源頭

高頻變壓器中能量傳遞所產生的震蕩，與脈寬調整管和電容共同作用有可能出現空間輻射干擾源頭。

（二）電磁干擾的傳播

1.經由電路的各種線路將電磁傳輸出去，形成對雷達系統的干擾，這種傳播方式分共模干擾和差模干擾兩種，此兩種干擾在復雜的線路中共存，并相互影響，反復更替。

2.開關電源的主要元件都會通過產生電磁波輻射，這種干擾利用空間磁場和空間電場輻射出去，影響雷達系統正常運行。

3.雷達開關電源的所有組成物件都能做為通道，被電磁波利用，進行干擾輸出。

（三）開關電源受干擾特點

開關電源在電磁傳播方面是干擾的源頭，而在整體雷達系統環境中又容易被其他設備干擾，雷達系統組成復雜，各元器件釋放電磁波強度各異，低于開關電源電磁敏感度下限的電磁波會通過線路和輻射對其干擾，但通常來說，雷達系統各個干擾源頭的電磁強度都會觸及開關電源，開關電源只有通過調整自身電磁敏感度的范圍來對干擾進行抵御。

二、開關電源電磁兼容性設計

雷達開關電源的設計如何做到具備兼容特點？總體方針應該是，電磁波降強度，傳播媒介搞阻斷，抗擾能力圖加強。而且，為了降低解決開關電源兼容性問題的難度，不要在開關電源已經參與到雷達系統運行后再去想辦法，應在開關電源設計時就進行完善。

（一）開關電源構造的控制技術

1.主電路控制技術

開關電源的主要干擾來源是開關高頻開閉時電流的劇烈變化，可以利用軟開關電路解決這一問題，部件中使用熱敏電阻和熱敏電感，開關電源運行時電壓可被逐步提升，緩解電流、電壓劇烈波動，提高開關電源性能的同時也大大的降低了電磁的干擾。不過也應同時預防附加線路所形成的電磁干擾源頭，使設計整體符合兼容性。

2.功率因數校正技術

開關電源整流濾波電路輸入交流電時，電流波形受非線性負載影響發生不規則變化形成脈沖波形，此時功率因數過低，大量的諧波分量出現使得其他設備處在被污染的電網內，并不斷遭受干擾[1]。為了完善這一弊端，就得使功率因數提高，諧波分量減少，因此，開關電源的兼容性設計必須要涵蓋功率因數校正電路。方法有兩種，分別是有源功率因數校正和無源功率因數校正，從實際效果看，有源功率因數校正被使用得占比更多，效果也相對更好。

3.吸收電路技術

將吸收電路（電阻、電容、二極管）與開關電源的脈寬調整管或高頻整流二極管并聯，利用電感電流和電容電壓不能突變的性質緩解單位時間電流和電壓的上升速度，從而起到保護開關電源并降低激烈波動所帶來的強力電磁波干擾。

4.元器件布局和印制板布線

通常狀況下，印制板中的線路面積越大，開關電源的干擾越強，所以，合理的源器件和線路分布是減少干擾的有效手段，另外，輸入、輸出交流電線的取材和分布位置要做特殊考慮，以免出現負面影響[2]。

（二）濾波電路技術

當電流流經濾波電路（串聯或并聯的電容、電感）時，感應電動勢可自動調節電流，將過大的電流轉換成能量儲存下來，并在其反作用力下減慢電流持續超標，電流量過小時，又能將儲存的能量釋放，合力補充電流。這樣的處理可使流經開關電源的電流波形穩定，脈寬減小，有力的減小電磁干擾。

（三）屏蔽技術

雷達開關電源的電磁干擾可通過空間進行發散，為了抑制這種傳播方式，應采取有效的屏蔽手段。我們都知道，金屬材質可以反射電磁波和吸收電磁波，利用這一性質，把開關電源的內部元件和外部整體分別用金屬包裹起來，就能屏蔽其對外的輻射干擾[3]。另外需要注意的是，地線的合理設置，屏蔽效果的好壞，它也起著非常重要的作用。

隨著科學技術的創新，更加完善的電磁兼容材料、產品、技術也將不斷的涌現出來，雷達開關電源兼容性的問題終將得到根本解決。

三、結語

雷達系統已經被廣泛的應用于生產生活和軍事上，其性能的好壞決定了很多重要事情的結果，開關電源作為雷達系統的重要組成，也擔負著重要的使命，對于它的科學研究不應停下腳步，面對其使用效率，優化成本等等的兼容性問題還有許多，如何完善其應用技術還需要不斷的研究、總結、創新。