開關(guan) 電源電磁幹擾的抑製措施

通常開關(guan) 電源EMI控製主要采用濾波技術、屏蔽技術、密封技術、接地技術等。EMI幹擾按傳(chuan) 播途徑分為(wei) 傳(chuan) 導幹擾和輻射幹擾。

開關(guan) 電源主要是傳(chuan) 導幹擾，且頻率範圍最寬，約為(wei) 10kHz一30MHz。抑製傳(chuan) 導幹擾的對策基本上10kHz一150kHz、150kHz一10MHz、10MHz以上三個(ge) 頻段來解決(jue) 。10kHz一150kHz範圍內(nei) 主要是常態幹擾，一般采用通用LC濾波器來解決(jue) 。

150kHz一10 MHz範圍內(nei) 主要是共模幹擾，通常采用共模抑製濾波器來解決(jue) 。10MHz以上頻段的對策是改進濾波器的外形以及采取電磁屏蔽措施。

1、采用交流輸入EMI濾波器

通常幹擾電流在導線上傳(chuan) 輸時有兩(liang) 種方式:共模方式和差模方式。

共模幹擾是載流體(ti) 與(yu) 大地之間的幹擾：幹擾大小和方向一致，存在於(yu) 電源任何一相對大地、或中線對大地間，主要是由du/dt產(chan) 生的，di/dt也產(chan) 生一定的共模幹擾。

而差模幹擾是載流體(ti) 之間的幹擾:幹擾大小相等、方向相反，存在於(yu) 電源相線與(yu) 中線及相線與(yu) 相線之間。

幹擾電流在導線上傳(chuan) 輸時既可以共模方式出現，也可以差模方式出現;但共模幹擾電流隻有變成差模幹擾電流後，才能對有用信號構成幹擾。

交流電源輸人線上存在以上兩(liang) 種幹擾，通常為(wei) 低頻段差模幹擾和高頻段共模幹擾。

一般情況下，差模幹擾幅度小、頻率低、造成的幹擾小;共模幹擾幅度大、頻率高，還可以通過導線產(chan) 生輻射，造成的幹擾較大。

若在交流電源輸人端采用適當的EMI濾波器，則可有效地抑製電磁幹擾。

電源線EMI濾波器基本原理如圖1所示，其中差模電容C1、C2用來短路差模幹擾電流，而中間連線接地電容C3、C4則用來短路共模幹擾電流。

共模扼流圈是由兩(liang) 股等粗並且按同方向繞製在一個(ge) 磁芯上的線圈組成。

如果兩(liang) 個(ge) 線圈之間的磁藕合非常緊密，那麽(me) 漏感就會(hui) 很小，在電源線頻率範圍內(nei) 差模電抗將會(hui) 變得很小;當負載電流流過共模扼流圈時，串聯在相線上的線圈所產(chan) 生的磁力線和串聯在中線上線圈所產(chan) 生的磁力線方向相反，它們(men) 在磁芯中相互抵消。因此即使在大負載電流的情況下，磁芯也不會(hui) 飽和。而對於(yu) 共模幹擾電流，兩(liang) 個(ge) 線圈產(chan) 生的磁場是同方向的，會(hui) 呈現較大電感，從(cong) 而起到衰減共模幹擾信號的作用。

這裏共模扼流圈要采用導磁率高、頻率特性較佳的鐵氧體(ti) 磁性材料。

2、開關(guan) 電源EMI的五大抑製策略

圖1 電源線濾波器基本電路圖

3、利用吸收回路改善開關(guan) 波形

開關(guan) 管 或 二極管在開通和關(guan) 斷過程中，由於(yu) 存在變壓器漏感和線路電感，二極管存儲(chu) 電容和分布電容，容易在開關(guan) 管集電極、發射極兩(liang) 端和二極管上產(chan) 生尖峰電壓。通常情況下采用RC/RCD吸收回路，RCD浪湧電壓吸收回路如圖2所示。

4、開關(guan) 電源EMI的五大抑製策略

圖2 RCD浪湧電壓吸收回路

當吸收回路上的電壓超過一定幅度時，各器件迅速導通，從(cong) 而將浪湧能量泄放掉，同時將浪湧電壓限製在一定的幅度。

在開關(guan) 管集電極和輸出二極管的正極引線上串接可飽和磁芯線圈或微晶磁珠，材質一般為(wei) 鈷(Co)，當通過正常電流時磁芯飽和，電感量很小。

一旦電流要反向流過時，它將產(chan) 生很大的反電勢，這樣就能有效地抑製二極管VD的反向浪湧電流。

5、利用開關(guan) 頻率調製技術

頻率控製技術是基於(yu) 開關(guan) 幹擾的能量主要集中在特定的頻率上，並具有較大的頻譜峰值。如果能將這些能量分散在較寬的頻帶上，則可以達到降低於(yu) 擾頻譜峰值的目的。通常有兩(liang) 種處理方法:隨機頻率法和調製頻率法。

隨機頻率法是在電路開關(guan) 間隔中加人一個(ge) 隨機擾動分量，使開關(guan) 幹擾能量分散在一定範圍的頻帶中。

研究表明，開關(guan) 幹擾頻譜由原來離散的尖峰脈衝(chong) 幹擾變成連續分布幹擾，其峰值大大下降。
調製頻率法是在鋸齒波中加人調製波(白噪聲)，在產(chan) 生幹擾的離散頻段周圍形成邊頻帶，將幹擾的離散頻帶調製展開成一個(ge) 分布頻帶。這樣，幹擾能量就分散到這些分布頻段上。

在不影響變換器工作特性的情況下，這種控製方法可以很好地抑製開通、關(guan) 斷時的幹擾。

6、采用軟開關(guan) 技術

開關(guan) 電源的幹擾之一是來自功率開關(guan) 管通/斷時的du/dt，因此，減小功率開關(guan) 管通/斷的du/dt是抑製開關(guan) 電源幹擾的一項重要措施。而軟開關(guan) 技術可以減小開關(guan) 管通/斷的du/dt。
如果在開關(guan) 電路的基礎上增加一個(ge) 很小的電感、電容等諧振元件就構成輔助網絡。在開關(guan) 過程前後引人諧振過程，使開關(guan) 開通前電壓先降為(wei) 零，這樣就可以消除開通過程中電壓、電流重疊的現象，降低、甚至消除開關(guan) 損耗和幹擾，這種電路稱為(wei) 軟開關(guan) 電路。

根據上述原理可以采用兩(liang) 種方法，即在開關(guan) 關(guan) 斷前使其電流為(wei) 零，則開關(guan) 關(guan) 斷時就不會(hui) 產(chan) 生損耗和幹擾，這種關(guan) 斷方式稱為(wei) 零電流關(guan) 斷;或在開關(guan) 開通前使其電壓為(wei) 零，則開關(guan) 開通時也不會(hui) 產(chan) 生損耗和幹擾，這種開通方式稱為(wei) 零電壓開通。在很多情況下，不再指出開通或關(guan) 斷，僅(jin) 稱零電流開關(guan) 和零電壓開關(guan) ，基本電路如圖3和圖4所示。

開關(guan) 電源EMI的五大抑製策略

圖3

圖4 零電流開關(guan) 諧振電路

通常采用軟開關(guan) 電路控製技術，結合合理的元器件布局及印製電路板布線、接地技術，對開關(guan) 電源的EMI幹擾具有一定的改善作用。

7、采用電磁屏蔽措施

一般采用電磁屏蔽措施都能有效地抑製開關(guan) 電源的電磁輻射幹擾。開關(guan) 電源的屏蔽措施主要是針對開關(guan) 管和高頻變壓器而言。

開關(guan) 管工作時產(chan) 生大量的熱量，需要給它裝散熱片，從(cong) 而使開關(guan) 管的集電極與(yu) 散熱片間產(chan) 生較大的分布電容。

因此，在開關(guan) 管的集電極與(yu) 散熱片間放置絕緣屏蔽金屬層，並且散熱片接機殼地，金屬層接到熱端零電位，減小集電極與(yu) 散熱片間藕合電容，從(cong) 而減小散熱片產(chan) 生的輻射幹擾。

針對高頻變壓器，首先應根據導磁體(ti) 屏蔽性質來選擇導磁體(ti) 結構，如用罐型鐵芯和El型鐵芯，則導磁體(ti) 的屏蔽效果很好。

變壓器外加屏蔽時，屏蔽盒不應緊貼在變壓器外麵，應留有一定的氣隙。如采用有氣隙的多層屏蔽物時，所得的屏蔽效果會(hui) 更好。

另外，在高頻變壓器中，常常需要消除初、次級線圈間的分布電容，可沿著線圈的全長，在線圈間墊上銅箔製成的開路帶環，以減小它們(men) 之間的禍合，這個(ge) 開路帶環既與(yu) 變壓器的鐵芯連接，又與(yu) 電源的地連接，起到靜電屏蔽作用。

如果條件允許，對整個(ge) 開關(guan) 電源加裝屏蔽罩，那樣就會(hui) 更好地抑製輻射幹擾。