開關電源電磁兼容問題解決方法的研究

李晉

摘要：隨著微電子技術發展，人們對開關電源兼容性越發重視，為了實現開關電源微型化和高頻化，需要解決其中的電磁兼容問題。基于此，本文就開關電源電磁兼容問題展開研究，首先對其出現原因進行分析，之后提出了一些解決方法，希望能夠不斷優化開關電源。

關鍵詞：開關電源;電磁兼容;解決方法

開關電源優勢較多，在工業、軍事、航空和民用等領域都有廣泛應用。開關電源在大部分場合都具有抗電磁干擾能力，能夠適應電網電壓波動，以保證自身正常運行，確保供電穩定。但是在大功率電流方波切換時產生的斜坡電壓和電流較大，在傳輸過程中會對供電設備和電網造成影響，導致設備無法正常運行，甚至是開關電源工作受到影響，電源性能下降。因此，需要對開關電源電磁兼容展開研究。

一、開關電源電磁兼容產生原因

電磁干擾傳輸形式分為傳導和輻射兩種。干擾源與敏感設備之間有完整電路連接，而其中的電磁干擾就是傳導傳輸。通過電路可以直接將干擾信號傳輸給接收器，導致電磁干擾。通過電磁波對介質向外傳輸屬于輻射傳輸[1]。輻射耦合包括三種，一是天線發射出來的電磁波由另一個天線接收導致耦合;二是空間電磁波通過導線感應產生耦合;三是兩個平行導線之間的高頻信號互感產生耦合。

開關電源電磁兼容原因包括：（1）印刷電路。開關電源中印刷電路處于基本地位，其主要用于連通電器。但是印刷電路可能由于隨意布置線路，設計時對電磁兼容問題考慮不夠嚴密，導致其在運行時出現電磁噪聲，干擾其他電器元件運行。因此電路印刷時，電路板設計十分重要，如果只關注電路美觀度就會影響印刷電路穩定性。（2）晶體管。開關電源設計時，因為對開關電源變壓器體積的考慮不夠充分，導致晶體管開關頻率增加，電流頻繁變化，進而使電磁信號控制能力降低。此外晶體管開關頻率在增加后，其溫度也會不斷上升，如果缺乏散熱元件就會出現寄生電容，使電壓頻率發生變化，電磁干擾更加嚴重[2]。（3）開關變壓器。開關電源中功率變壓器是十分重要的組成部分，其在運行時必然會產生電磁干擾，這是由于變壓器中有多個繞組，各繞組間會產生寄生電容，進而出現脈沖電波，最終導致電磁干擾。而電磁干擾會對其他元件產生影響，使變壓器兩邊配合不夠協調，產生漏磁現象，導致晶體管電壓上升，電磁干擾現象加重。

二、開關電源電磁兼容問題解決方法

（一）有效預防電磁干擾

首先，盡量縮小PCB銅箔占據范圍。在對開關電源中的電氣元件進行設計時，而開關管中的漏極集電路極等容易產生噪聲的電路節點中要盡量縮小PCB銅箔占據范圍，科學把控開關電源輸入輸出端與相應電器元件之間距離。而對于并未采取屏蔽措施的變壓器線包以及變壓器磁芯均為噪音元件，其會產生的電磁干擾，這就需要保證開關電源屏蔽體與變壓器保持合理距離。

其次，盡量縮小電流環范圍。為了防止出現EMI電感飽和現象，需要盡量縮小電流環范圍，避免開關電源中的驅動反饋電流與初級開關電流混亂。同時，需要把控好阻尼電阻值，其電阻值大小以振鈴響為判斷標準。此外，把控好次級電路元件以及初級電路屏蔽體間距，在輸入電纜旁放置高頻輸入EMI濾波器，能夠避免、預防電磁干擾現象出現[3]。

最后，適當添加輔助線圈。輔助線圈通過并聯方式使磁棒線圈和RF濾波器兩邊電阻增加。但是，需要確保功率變壓器與EMI濾波器之間能夠保持足夠距離，尤其不可在開關電源繞包的首部放置。如果PCB面積未縮小，需要適當擴大屏蔽繞組腳位范圍，并為RC阻尼器預留位置，進而采用跨界方式使RC阻尼器增加。

（二）加強整改工作

1.若是開關電源頻率處于1MHz范圍內，其主要受到差模干擾，這種干擾是由于開關電源和交流電源環流引發的，差模電流會從電源進線傳輸至開關電源，之后從其中的中線傳輸出去。這次出現差模傳導發射方式，主要是由于晶體管中的諧波和激波導致的，其會影響電壓調整、測試結果。而為了防止出現差模干擾，需要科學選擇濾波元件參數，適當擴大X電容量，提高差模電感，若是有些開關電壓功率比較小，可以采用P1型濾波器解決[4]。

2.若是開關電源頻率處于1-5MHz范圍內，差模干擾和共模干擾同時作用需要增加X電容在輸出端進而用于差模干擾抵消，同時對干擾超標原因進行分析，之后采用差模電感器，并根據需求調整電感量，同時還需要調整整流二極管。

3.若是開關電源頻率超過5MHz，其主要受到共模干擾，這種干擾主要是由于共模電流引發的，平衡共模電流并在中線與相線流動，二者具有同樣相位、幅度。共模傳導干擾發射受到開關晶體管集電極電壓影響而發生變化，此時，散熱片寄生電容耦合和晶體管外殼會產生影響，因此，可以通過嫁接濾波器共模電容或是在散熱器與晶體管外殼處設置屏蔽層，進而防止晶體管外殼和散熱器片間分布電容，進而控制共模傳導干擾，對此，若是外殼接地則可以使用磁環，并將其纏繞兩圈，這樣能夠避免超過10MHz電磁干擾[5]。

4.若是開關電源頻率處于25-30MHz范圍內，需要增加電容，或是在變壓器上采取銅皮保護，及時調整PCB布局，并采用雙線磁環，將其放在輸出線前端位置。此外，在輸出整流管兩邊實行并聯方式，設置RC濾波器，同時調整電容位置及其容量、參數等，采用銅箔保護變壓器外殼，并在其內部采取屏蔽措施，調整繞組排布，對PCB布局進行調整。在輸出線前端位置設置雙線繞組共模電感，采用并聯方式設置濾波器，調整其參數。

結束語：

綜上所述，隨著電子產品應用范圍的擴大，高電流和高電壓作業導致電子產品產生的電磁干擾越來越強，相對于其他容易控制的元件而言，開關電源電磁兼容控制更復雜，對此，需要深入分析電磁干擾基本原理，采取有效措施預防并整改電磁干擾現象，確保開關電源應用質量。

參考文獻：

[1]任靜.開關電源電磁干擾分析及其傳導EMI建模仿真研究[D].蘭州理工大學，2020.

[2]利樹標.開關電源電磁兼容性發展現狀及整改探究[J].電子樂園，2019（5）：0174-0174.

[3]陳明省，李剛，高彬，等.多維人員信息感知設備電磁兼容的研究[J].警察技術，2019，000（005）：56-59.

[4]李鎮江.基于共模干擾的開關電源電磁兼容性研究[J].中國新通信，2019，021（011）：196-197.

[5]易嗣為.DC-DC轉換器的電磁兼容理論與技術研究[D].電子科技大學，2019.