開關電源電磁幹擾的產生機理

 

開關電源產生的幹擾，按噪聲幹擾源種類來分
，可分為尖峰幹擾和諧波幹擾兩種;若按耦合通路來分，可分為傳導幹擾和輻射幹擾兩種。現在按噪聲幹擾源來分別說明：

 

1、二極管的反向恢複時間引起的幹擾

 

高頻整流回路中的整流二極管正向導通時有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉向截止時，由於PN結(jie)中(zhong)有(you)較(jiao)多(duo)的(de)載(zai)流(liu)子(zi)積(ji)累(lei)，因(yin)而(er)在(zai)載(zai)流(liu)子(zi)消(xiao)失(shi)之(zhi)前(qian)的(de)一(yi)段(duan)時(shi)間(jian)裏(li)
，電(dian)流(liu)會(hui)反(fan)向(xiang)流(liu)動(dong)，致(zhi)使(shi)載(zai)流(liu)子(zi)消(xiao)失(shi)的(de)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)電(dian)流(liu)急(ji)劇(ju)減(jian)少(shao)而(er)發(fa)生(sheng)很(hen)大(da)的(de)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)（di/dt）。

 

2
、開關管工作時產生的諧波幹擾

 

功率開關管在導通時流過較大的脈衝電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負載時近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開關時，這種諧波幹擾將會很小。另外，功率開關管在截止期間
，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會產生尖峰幹擾。

 

3、交流輸入回路產生的幹擾

 

無(wu)工(gong)頻(pin)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)整(zheng)流(liu)管(guan)在(zai)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)期(qi)間(jian)會(hui)引(yin)起(qi)高(gao)頻(pin)衰(shuai)減(jian)振(zhen)蕩(dang)產(chan)生(sheng)幹(gan)擾(rao)。開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)的(de)尖(jian)峰(feng)幹(gan)擾(rao)和(he)諧(xie)波(bo)幹(gan)擾(rao)能(neng)量(liang)，通(tong)過(guo)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)線(xian)傳(chuan)播(bo)出(chu)去(qu)而(er)形(xing)成(cheng)的(de)幹(gan)擾(rao)稱(cheng)之(zhi)為(wei)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao);而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產生電場和磁場。這種通過電磁輻射產生的幹擾稱為輻射幹擾。

 

4、其他原因

 

元器件的寄生參數，開關電源的原理圖設計不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置
，具有很大的隨意性
，PCB的近場幹擾大
，並且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI幹擾。

 

開關電源EMI的特點

 

作為工作於開關狀態的能量轉換裝置
，開關電源的電壓、電流變化率很高，產生的幹擾強度較大；幹擾源主要集中在功率開關期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對於數字電路幹擾源的位置較為清楚

；開關頻率不高（從幾十千赫和數兆赫茲）

，主要的幹擾形式是傳導幹擾和近場幹擾;而印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數的提取和近場幹擾估計的難度。

 

EMI測試技術

 

目前診斷差模共模幹擾的三種方法：射頻電流探頭、差模抑製網絡、噪聲分離網絡。用射頻電流探頭是測量差模 共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)最(zui)簡(jian)單(dan)的(de)方(fang)法(fa)，但(dan)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)與(yu)標(biao)準(zhun)限(xian)值(zhi)比(bi)較(jiao)要(yao)經(jing)過(guo)較(jiao)複(fu)雜(za)的(de)換(huan)算(suan)。差(cha)模(mo)抑(yi)製(zhi)網(wang)絡(luo)結(jie)構(gou)比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)，測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)可(ke)直(zhi)接(jie)與(yu)標(biao)準(zhun)限(xian)值(zhi)比(bi)較(jiao)，但(dan)隻(zhi)能(neng)測(ce)量(liang)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)。噪(zao)聲(sheng)分(fen)離(li)網(wang)絡(luo)是(shi)最(zui)理(li)想(xiang)的(de)方(fang)法(fa)
，但(dan)其(qi)關(guan)鍵(jian)部(bu)件(jian)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)製(zhi)造(zao)要(yao)求(qiu)很(hen)高(gao)。

 

目前抑製幹擾的幾種措施

 

形成電磁幹擾的三要素是幹擾源、傳播途徑和受擾設備。因而，抑製電磁幹擾也應該從這三方麵著手。首先應該抑製幹擾源
，直接消除幹擾原因;其次是消除幹擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁幹擾的傳播途徑；第(di)三(san)是(shi)提(ti)高(gao)受(shou)擾(rao)設(she)備(bei)的(de)抗(kang)擾(rao)能(neng)力(li)
，減(jian)低(di)其(qi)對(dui)噪(zao)聲(sheng)的(de)敏(min)感(gan)度(du)。目(mu)前(qian)抑(yi)製(zhi)幹(gan)擾(rao)的(de)幾(ji)種(zhong)措(cuo)施(shi)基(ji)本(ben)上(shang)都(dou)是(shi)用(yong)切(qie)斷(duan)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)源(yuan)和(he)受(shou)擾(rao)設(she)備(bei)之(zhi)間(jian)的(de)耦(ou)合(he)通(tong)道(dao)，它(ta)們(men)確(que)是(shi)行(xing)之(zhi)有(you)效(xiao)的(de)辦(ban)法(fa)。常(chang)用(yong)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)屏(ping)蔽(bi)、接地和濾波。

 

采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)。例(li)如(ru)
，功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)管(guan)和(he)輸(shu)出(chu)二(er)極(ji)管(guan)通(tong)常(chang)有(you)較(jiao)大(da)的(de)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)
，為(wei)了(le)散(san)熱(re)往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)安(an)裝(zhuang)散(san)熱(re)器(qi)或(huo)直(zhi)接(jie)安(an)裝(zhuang)在(zai)電(dian)源(yuan)底(di)板(ban)上(shang)。器(qi)件(jian)安(an)裝(zhuang)時(shi)需(xu)要(yao)導(dao)熱(re)性(xing)能(neng)好(hao)的(de)絕(jue)緣(yuan)片(pian)進(jin)行(xing)絕(jue)緣(yuan)，這(zhe)就(jiu)使(shi)器(qi)件(jian)與(yu)底(di)板(ban)和(he)散(san)熱(re)器(qi)之(zhi)間(jian)產(chan)生(sheng)了(le)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)
，開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)底(di)板(ban)是(shi)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)的(de)地(di)線(xian)，因(yin)而(er)通(tong)過(guo)器(qi)件(jian)與(yu)底(di)板(ban)之(zhi)間(jian)的(de)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)將(jiang)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)耦(ou)合(he)到(dao)交(jiao)流(liu)輸(shu)入(ru)端(duan)產(chan)生(sheng)共(gong)模(mo)幹(gan)擾(rao)，解(jie)決(jue)這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)的(de)辦(ban)法(fa)是(shi)采(cai)用(yong)兩(liang)層(ceng)絕(jue)緣(yuan)片(pian)之(zhi)間(jian)夾(jia)一(yi)層(ceng)屏(ping)蔽(bi)片(pian)
，並(bing)把(ba)屏(ping)蔽(bi)片(pian)接(jie)到(dao)直(zhi)流(liu)地(di)上(shang)，割(ge)斷(duan)了(le)射(she)頻(pin)幹(gan)擾(rao)向(xiang)輸(shu)入(ru)電(dian)網(wang)傳(chuan)播(bo)的(de)途(tu)徑(jing)。為(wei)了(le)抑(yi)製(zhi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)的(de)輻(fu)射(she)，電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)對(dui)其(qi)他(ta)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)影(ying)響(xiang)，可(ke)完(wan)全(quan)按(an)照(zhao)對(dui)磁(ci)場(chang)屏(ping)蔽(bi)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)加(jia)工(gong)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)

，然(ran)後(hou)將(jiang)整(zheng)個(ge)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)與(yu)係(xi)統(tong)的(de)機(ji)殼(ke)和(he)地(di)連(lian)接(jie)為(wei)一(yi)體(ti)，就(jiu)能(neng)對(dui)電(dian)磁(ci)場(chang)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)的(de)屏(ping)蔽(bi)。電(dian)源(yuan)某(mou)些(xie)部(bu)分(fen)與(yu)大(da)地(di)相(xiang)連(lian)可(ke)以(yi)起(qi)到(dao)抑(yi)製(zhi)幹(gan)擾(rao)的(de)作(zuo)用(yong)。例(li)如(ru)，靜(jing)電(dian)屏(ping)蔽(bi)層(ceng)接(jie)地(di)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)變(bian)化(hua)電(dian)場(chang)的(de)幹(gan)擾(rao);電dian磁ci屏ping蔽bi用yong的de導dao體ti原yuan則ze上shang可ke以yi不bu接jie地di
，但dan不bu接jie地di的de屏ping蔽bi導dao體ti時shi常chang增zeng強qiang靜jing電dian耦ou合he而er產chan生sheng所suo謂wei負fu靜jing電dian屏ping蔽bi效xiao應ying
，所suo以yi仍reng以yi接jie地di為wei好hao，這zhe樣yang使shi電dian磁ci屏ping蔽bi能neng同tong時shi發fa揮hui靜jing電dian屏ping蔽bi的de作zuo用yong。電dian路lu的de公gong共gong參can考kao點dian與yu大da地di相xiang連lian，可ke為wei信xin號hao回hui路lu提ti供gong穩wen定ding的de參can考kao電dian位wei。因yin此ci，係xi統tong中zhong的de安an全quan保bao護hu地di線xian
、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線後，最終都與大地相連。

 

在(zai)電(dian)路(lu)係(xi)統(tong)設(she)計(ji)中(zhong)應(ying)遵(zun)循(xun)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)的(de)原(yuan)則(ze)，如(ru)果(guo)形(xing)成(cheng)多(duo)點(dian)接(jie)地(di)，會(hui)出(chu)現(xian)閉(bi)合(he)的(de)接(jie)地(di)環(huan)路(lu)，當(dang)磁(ci)力(li)線(xian)穿(chuan)過(guo)該(gai)回(hui)路(lu)時(shi)將(jiang)產(chan)生(sheng)磁(ci)感(gan)應(ying)噪(zao)聲(sheng)
，實(shi)際(ji)上(shang)很(hen)難(nan)實(shi)現(xian)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)。因(yin)此(ci)，為(wei)降(jiang)低(di)接(jie)地(di)阻(zu)抗(kang)
，消(xiao)除(chu)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)的(de)影(ying)響(xiang)而(er)采(cai)取(qu)平(ping)麵(mian)式(shi)或(huo)多(duo)點(dian)接(jie)地(di)
，利(li)用(yong)一(yi)個(ge)導(dao)電(dian)平(ping)麵(mian)（底板或多層印製板電路的導電平麵層等）zuoweicankaodi，xuyaojiedidegebufenjiujinjiedaogaicankaodishang。weijinyibujianxiaojiedihuiludeyajiang
，keyongpangludianrongjianshaofanhuidianliudefuzhi。zaidipinhegaopingongcundedianluxitongzhong，yingfenbiejiangdipindianlu、高頻電路、功率電路的地線單獨連接後，再連接到公共參考點上。

 

濾(lv)波(bo)是(shi)抑(yi)製(zhi)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)的(de)一(yi)種(zhong)很(hen)好(hao)的(de)辦(ban)法(fa)。例(li)如(ru)，在(zai)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)接(jie)上(shang)濾(lv)波(bo)器(qi)
，可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)並(bing)向(xiang)電(dian)網(wang)反(fan)饋(kui)的(de)幹(gan)擾(rao)，也(ye)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)來(lai)自(zi)電(dian)網(wang)的(de)噪(zao)聲(sheng)對(dui)電(dian)源(yuan)本(ben)身(shen)的(de)侵(qin)害(hai)。在(zai)濾(lv)波(bo)電(dian)路(lu)中(zhong)
，還(hai)采(cai)用(yong)很(hen)多(duo)專(zhuan)用(yong)的(de)濾(lv)波(bo)元(yuan)件(jian)
，如(ru)穿(chuan)心(xin)電(dian)容(rong)器(qi)、三端電容器、鐵氧體磁環，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當地設計或選擇濾波器，並正確地安裝和使用濾波器，是抗幹擾技術的重要組成部分。

 

 

推薦閱讀：