開關(guān)電源對電子設(shè)備的電磁干擾分析

李向鋒 姚龍飛

摘要：現(xiàn)階段，我國科學(xué)技術(shù)水平顯著提升，電子設(shè)備機(jī)房安裝了通信設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、視頻設(shè)備以及音頻設(shè)備等大量的電子設(shè)備，部分設(shè)備由開關(guān)電源提供電。因此，分析了開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的原因及對系統(tǒng)的影響，并提出解決問題的方案。

關(guān)鍵詞：開關(guān)電源;電磁干擾;抑制技術(shù)

引言

在電子信息技術(shù)高速發(fā)展的今天，開關(guān)電源由于具有較高的控制效率和更好的穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。實(shí)際使用開關(guān)電源時(shí)，會(huì)頻繁出現(xiàn)電磁干擾問題，影響了開關(guān)電源的使用體驗(yàn)。需相關(guān)學(xué)者專注相關(guān)抑制技術(shù)的研究，以解決開關(guān)電源電磁干擾問題，推動(dòng)開關(guān)電源的可靠、穩(wěn)定應(yīng)用。

1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(huì)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。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(huì)日常的生產(chǎn)活動(dòng)造成較大的損失。

2開關(guān)電源的基本原理和干擾源分析

2.1開關(guān)電源的基本原理

開關(guān)電源主要由以下的部分組成：一、輸入電路。二、轉(zhuǎn)換電路。三、控制電路。四、輸出電路。輸入電路包括輸入濾波器，降低外來噪聲，同時(shí)降低開關(guān)電源自身產(chǎn)生的噪聲對外部環(huán)境的影響;浪涌電流抑制引起的浪涌電流;整流，轉(zhuǎn)化交流直流電，以此滿足電氣設(shè)備的需求，保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。轉(zhuǎn)換電路主要由變壓器和開關(guān)管組成，是開關(guān)電源的核心，開關(guān)電源的主要噪聲源?？刂齐娐吠ㄟ^PWM調(diào)節(jié)占空比，以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓。輸出電路主要降次級方波變成單向脈動(dòng)直流，通過濾波電路達(dá)到設(shè)計(jì)所需的平滑輸出直流電壓。

2.2開關(guān)電源干擾源分析

從噪聲源來說，開關(guān)電源的噪聲主要分為自身產(chǎn)生的電磁噪聲和外部噪聲;前者主要是在開關(guān)電源工作的過程中由引起的浪涌電流和的引起的尖峰電壓。后者主要是電網(wǎng)回路中的差模干擾、共模干擾以及外部電磁輻射等。

3開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的原因

3.1輸入電流畸變產(chǎn)生的噪聲

開關(guān)電源在沒有PFC功能的輸入級，由于整流二極管的非線性和濾波電容的儲(chǔ)能作用，使得二極管導(dǎo)通角變小，引起周期性尖峰電流。在該尖峰電流中包含高次諧波分量，諧波注入電網(wǎng)，對電網(wǎng)上的其他設(shè)備造成干擾。

3.2輸出整流電路造成的電磁干擾

開關(guān)電源在實(shí)際工作過程中，在接通的狀態(tài)下，開關(guān)電源的相關(guān)電路的一些零部件在實(shí)際運(yùn)行的過程中存在著較強(qiáng)的正向電流。然而在中段的時(shí)候會(huì)受到較強(qiáng)的反向電壓的影響，所以產(chǎn)生了一個(gè)反向的電流，所以在這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生劇烈的電流變化。

3.3開關(guān)管產(chǎn)生的電磁干擾

開關(guān)管的主要作用是幫助通過開關(guān)電源的電流進(jìn)行轉(zhuǎn)變，以此來提升開關(guān)電源的電力頻率，輸出穩(wěn)定的電壓。保證開關(guān)電源的正常工作。我們所接觸的開關(guān)電源中，比較傳統(tǒng)的老舊式電源開關(guān)雖然在啟動(dòng)時(shí)用時(shí)短，由于在其工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較強(qiáng)的電磁干擾，會(huì)影響開關(guān)電源的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，已經(jīng)被人們淘汰。新型的電源開關(guān)則有效的解決了這一問題。

4開關(guān)電源電磁干擾的抑制技術(shù)

4.1 PFC技術(shù)

傳統(tǒng)整流電路會(huì)造成電流波形畸變，從而導(dǎo)致功率因數(shù)大大降低，并產(chǎn)生高次諧波分量，污染電網(wǎng)。低功率因數(shù)即代表低的電力效能，越低的功率因數(shù)值代表越高比例的電力在配送網(wǎng)絡(luò)中耗損，若較低的功率因數(shù)沒有被校正提升，發(fā)電設(shè)備除了有效功率外，還要提供與工作非相關(guān)的無功損耗，這導(dǎo)致需要更大的發(fā)電機(jī)、輸送纜線等等事。

圖3可以看出有功率因數(shù)補(bǔ)償后電流高次諧波明顯下降。對此采用PFC技術(shù)的電源諧波小，減小了與使用相同電源供電的其他器件之間的干擾。

4.2共模、差模濾波器設(shè)計(jì)

電源濾波器安裝在電源線與電子設(shè)備之間，用于抑制電源線引出的傳導(dǎo)干擾，又可以降低從電網(wǎng)引入的傳導(dǎo)干擾，對提高設(shè)備的可靠性有重要的作用。構(gòu)成開關(guān)電源EMI濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。

該濾波器由共模扼流圈L1、差模電容C1、2和共模電容C3、4組成。共模扼流圈L由兩個(gè)繞在同一個(gè)高磁導(dǎo)率磁芯上的繞組構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)使差模電流產(chǎn)生的磁通相互抵消。這種結(jié)構(gòu)以較小體積獲得較大的電感值，并且不用擔(dān)心由于工作電流導(dǎo)致飽和。每個(gè)繞組與電容C3、C4分別組成L-E和N-E兩對獨(dú)立端口的低通濾波器，形成共模濾波網(wǎng)絡(luò)，用來抑制電源線上存在的共模干擾。

4.3接地技術(shù)

在對開關(guān)電源的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，為了增強(qiáng)設(shè)備的安全性，并能夠有效的抑制電磁干擾，需要在整個(gè)開關(guān)電源系統(tǒng)中的特定位置點(diǎn)建立接地電路，及時(shí)在電壓開關(guān)在接通時(shí)產(chǎn)生的電磁電流導(dǎo)地。在接地電路設(shè)計(jì)的過程中，需要采用“一點(diǎn)接地”的原則，防止電磁線在穿過閉環(huán)接地而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)噪音，一般情況下，對抑制變化的電磁干擾屏蔽做接地處理，保證屏蔽層對電磁干擾的屏蔽效果，在采用接地技術(shù)時(shí)，需要注意將交流、直流、數(shù)字、模擬電路之間的接地需要分離處理。

結(jié)語

在實(shí)際生產(chǎn)和生活過程中，開關(guān)電源具有非常強(qiáng)的實(shí)用性，所以它廣泛的應(yīng)用在工業(yè)，軍事，醫(yī)療等各個(gè)領(lǐng)域以及普遍的存在我們?nèi)粘５纳钸^程中。而且開關(guān)電源在大功率的高電壓電氣設(shè)備之中，開關(guān)電源就會(huì)受到一些電磁的干擾，在開關(guān)頻率加大或者是功率密度提高的背景下，電磁的兼容性就需要相關(guān)的工作人員進(jìn)行密切的關(guān)注，并且也需要進(jìn)行進(jìn)一步的解決。綜上所述，開關(guān)電源在實(shí)際工作的過程中其高頻性地使用會(huì)使得在信號傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生了一定的電磁干擾。這樣的現(xiàn)象對電氣設(shè)備的安全和穩(wěn)定的運(yùn)行都有這一定的影響。所以應(yīng)該針對這一系列的現(xiàn)象進(jìn)行有效的研究，并且提出有效的和具有針對性的開關(guān)電源的電磁干擾抑制技術(shù)，這樣就使得開關(guān)電源的電磁干擾能夠得到有效的減弱，也可以保障電氣設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中能夠更加穩(wěn)定和高效。

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