刍议如何控制开关电源电磁干扰
浅析开关电源的电磁干扰及抑制方法
杜 卫军
科技论 坛 Ｉ Ｉｌ
张 霆
浅析 开关 电源 的电磁 干扰及抑制 方法
（ 陕西长岭电子科技有限责任公 司， 陕西 宝鸡 ７ １０ ） ２ ０６
摘 要： 先分析 了开关电源产生电磁干扰的机理， 目前几种有 效的开关电源电磁干扰措施进行 了分析 比较， 为开关 电源电磁 干扰 的进 一步 就 并 研究提 出参考建议。 关键词： 开关电源； 电磁干 扰； 抑制 ； 耦合
—
—６一Leabharlann 引言 数的提取和近场干扰估计的难度。 频共存的电路系统中， 应分别将低频电路、 高频电 随着科学技术的高速发展 ， 电子系统的应用 ３Ｅ 测试技术 ＭＩ 路、 功率电路的地线单 独连接后， 再连接到公共参 领域越来越广泛， 子设备的种类也越来越多 ， 电 电 目前诊断差模共模干扰的三种方法： 射频电 考 上。 子设备与人们的工作、 生活的关系 日 益密切， 它们 流探头、 差模抑制网络、 噪声分离网络。用射频电 滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例 对开关电源的要求越来越高。电子设备的 小型化 流探头是测量差模共模干扰最简单的方法 ， 但测 如， 在电源输入端接上滤波器 ． 可以抑制开关电源 和低成本化， 促使开关电源朝着轻 、 小和高效 量结果与标准限值比较要经过较复杂的换算。差 产生并向电网反馈的干扰，也可以抑制来 自电网 薄、 率的方向发展。但随着开关电源工作频率的不断 模抑制网络结构简单 ， 测量结果可直接与标准限 的噪声对电源本身的侵害。 在滤波电路中， 还采用 提高，印制电路板的走线和元件的布局不当等原 值 比较 ， 但只能测量共模干扰。噪声分离网络是最 很多专用的滤波元件 。如穿心电容器 、三端电容 因， 它会产生各种干扰。 这些干扰将会严重地污染 理想的方法 ， 但其关键部件变压器的制造要求很 器、 铁氧体磁环， 它们能够改善电路的滤波特性。 电网， 影响邻近电子设备的正常工作。 尽量降低开 高。 恰 当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用 关电源的电磁干扰 ， 提高其使用范围 ， 是从事开关 ４目 前抑制干扰的『 １ 种方法 滤波器 是抗干扰技术的重要组成部分。 电源设计与应用时必须考虑的问题。 ５目 前开关电源 Ｅ Ｉ Ｍ 抑制措施的不足之处 形成电磁干扰的三要素是干扰源、 传播途径 目 许多科研院所都进行了开关电源 Ｅ Ｉ 和受扰设备。 前。 Ｍ 因而 抑制电 磁干扰也应该 从 这三方 现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设 （ ｅｔ ｍ ｇｅ ｃ ｎ ｒ ｒ ｃ 的研究 ， Ｅ ｃ ｏ ａｎｔ ｔ ｅ ｎｅ ｌ ｒ ｉ Ｉｅ ｅ ） ｆ 他们中有些 面着手。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原 备之间的耦合和辐射 ， 切断电磁干扰的传播途径 从Ｅ Ｉ Ｍ 产生的机理出发 ， 有些从 Ｅ Ｉ Ｍ 产生的影响 因； 其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和 出发 ， 这的确是抑制干扰的一种行之有效的办法 ， 消除干扰 ， 或提高 出发 ， 都提出了许多有实用有价值的方案 ， 这里我 辐射， 切断电磁干扰的传播途径； 第三是提高受扰 但很少有涉及直接控制干扰源， 分析比较了几种有效的方案，并为开关电源 Ｅ Ｉ 设备的抗干扰能力， Ｍ 减低其对噪声的敏感度。 前 受扰设备的抗扰能力 ， 目 其实后者还有许多发展的 抑制干扰 的几种措施基本 匕 都是用切断电磁干扰 空间 。 ｌ 开关电源电磁干扰的产生机理 ６改进措施的建议 源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有 开关电源产生的干扰。 按噪声干扰源种类来 效的办法。常用的方法是屏 、 蔽 接地和滤波。 目前从电磁干扰的传播途径 出发来抑制干 分， 可分为尖峰干扰和谐波干扰两种； 若按耦合通 采用屏蔽技术可以有效地抑制开关 电源的电 扰 ， 渐进成熟。 已 我们的视 回到开关电源器件 要 路来分， 可分为传导干扰和辐射干扰两种。 现在按 磁辐射干扰。 例如， 功率开关管和输出二极管通常 本身来 ， 从多年的工作实践来看， 在电路方面要注 噪声干扰源来分别说明：二极管的反向 恢复时间 有较大的功率损耗 ， 为了散热往往需要安装散热 意以下 几 ： 引起的干扰 。高频整流回路中的整流二极管正向 器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导 印制板布局时，要将模拟电路区和数字电路 导通时有较大的正向电流流过， 在其受反偏电压 热 陛 能好的绝缘片进行绝缘 ， 这就使器件与底板 区合理地分开， 电源和地线单独引出 ， 电源供给处 而转向截止时 ， 由于 Ｐ Ｎ结中有较多的载流子积 和散热器之间产生了分布电容， 开关电源 的底板 汇集到一点； Ｐ Ｃ Ｂ布线时，高频数字信号线要 累， 因而在载流子消失之前的一段时间里， 电流会 是交流电源的地线 ，因而通过器件与底板之间的 用短线 ， 主要信号线最好集中在 Ｐ ｃ Ｂ板中心 ， 反 向流动， 致使载流子消失的反向恢复电流急遽 分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模 同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线 减少而发生很大的电流变化（ｉ Ｏ ｄｄ 。 ／ 可以根据耦合系数来布线 ， 尽量减少 干扰 ， 解决这个问题 的办法是采用两层绝缘片之 隔开。其次 ， 开关管工作时产生的 谐波干扰。 功率开关管 间夹一层屏蔽片， 并把屏蔽片接到直流地上， 割断 干扰耦合。 在导通时流过较大的脉冲电流。 例如芷 激型、 推挽 了 射频干扰向输入电网 传播的途径。为了抑制开 印制板的电源线 和地线印制条尽可能宽 ， 以 型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近 关电源产生的辐射 ，电磁干扰对其他电子设备的 减小线阻抗 ， 从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。 似为矩形波， 其中含有丰富的高次谐波分量。当采 影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽 器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引 用零电流 、零电压开关时， 这种谐波干扰将会很 罩， 然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为 脚度， 以减小元件分布电感的影响。 在电源端尽可 小。另外。 功率开关管在截止期间， 高频变压器绕 体 ， 就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部 能靠近器件接人滤波电容，以缩短开关电流的流 组漏感引起的电流突变， 也会产生尖峰干扰。 分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。 例如 ， 静 通途径， 如用 ｌ Ｆ铝电解和 ｎ１ Ｆ 电容并联 ０ 交流输入回路产生的干扰。无工频变压器的 电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰 ；电磁屏 接 在电源脚 上 。 于高速 数字 Ｉ 对 ｃ的电源端 可 以用 开关电源输 ＾ 端整流管在反向恢复期间会引起高 蔽用的导体厉 上可以不接地 ，但不接地的屏蔽 钽电解电容代替铝电解电容，因为钽电解的对地 狈４ 频衰减振荡产生干扰。 导体时常增强静电耦合而产生所谓“ 负静电屏蔽” 阻抗 比铝电解小得多。 开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量， 效应 ， 所以仍以接地为好 ， 这样使电磁屏蔽能同时 ７结论 通过开关 电源的 输入输 出 线传播出去而形成的干 发挥静电屏蔽的作用 。电路的公共参考点与大地 产生开关电源电磁干扰的因素还很多 ， 抑制 扰称之为传导干扰； 而渚波和寄生振荡的能量。 通 相连 ， 可为信号回路提供稳定的参考 电位。因此 ， 电磁干扰还有大量的工作。全面抑制开关电源的 过输入输出线传播时， 都会在空问产生电场和磁 系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考 各种噪声会使开关电源得到更广泛的应用。 场。 这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。 地线各 自形成接地母线后 ， 最终都与大地相连。 参考 文献 ２联 电源 Ｅ 的托 ＭＩ 在电路系统设计中应遵循 “ —点接地”的原 ｆ 元玲． １ １曾 浅谈开关电源电磁干扰的押制措施 作为工作于开关状态的能量转换装置。 开关 则 ， 如果形成多点接地 ， 会出现闭合 的接地环路 ， 科技创新导报， ２ ］ 电源的电压、电流变化率很高， 产生的干扰强度 当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声， 实际 ［刘志雄 浅议开关电源的干扰源 湖南农机 ， １ 较大； 干扰源主要集中在功率开关期间以 及与之 上很难实现“ 一点接地” 。因此 ， 为降低接地阻抗 ， ｆ周邦雄 实用电源技术手册。 ３ 相连的散热器和高频变压器 。 相对于数字电路干 消除分布 电容的影响而采取平面式或多点接地 ， 扰源的位置较为清楚； 开关频率不高（ 从几十千赫 利用—个导电平面 （ 底板或多层印制板电路的导 和数兆赫兹） ，主要的干扰形式为传导干扰和近场 电平面层等） 作为参考地， 需要接地的各部分就近 干扰 ； 而印刷线路板（ 走线通常采用手工 接到该参考地上。 Ｐｃ Ｂ） 为进一步减小接地回路的压降， 布线 ， 具有更大的随意性， 这增加了 Ｐｃ Ｂ分布参 可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高
浅析开关电源电磁干扰产生与抑制措施
浅析开关电源电磁干扰产生与抑制措施[摘要] 开关电源因其效率高、体积小、输出稳定性好而得到广泛的应用,但因其在工作过程中处于高频开关状态,使得电磁干扰问题非常突出。
如何抑制开关电源的电磁干扰就成为了开发和设计开关电源时必须考虑的问题。
本文详细分析了开关电源电磁干扰问题产生的原因及种类,并提出了几种主要的抑制开关电源电磁干扰的有效措施。
[关键词] 开关电源电磁干扰原因及种类抑制措施1. 引言开关电源作为电子设备的供电装置,因其效率高、体积小、输出稳定性好而得到广泛的应用,但因工作在高频开关状态,其本身产生的干扰直接危害着电子设备的正常工作。
所以,如何抑制开关电源的电磁干扰,以保证电子设备能够长期安全可靠地工作,就成为了开发和设计开关电源时的一个重要课题。
2. 开关电源的电磁干扰来源分析开关电源的电磁干扰来源,总的来讲可分为两大类。
一类是开关电源外部干扰,即由于外界因素的影响而使开关电源产生的干扰。
另一类是开关电源的内部干扰,即由开关电源内部元件、电路产生的各种干扰。
2.1开关电源的外部干扰产生原因分析开关电源的外部干扰都是以“共模”或“差模”方式出现。
2.1.1 共模干扰和差模干扰的概念共模干扰是指在两根信号线上产生的幅度相等,相位相同的噪声。
差模干扰则是幅度想等,相位相反的噪声。
共模干扰是在信号线与地之间传输,属于非对称性干扰。
差模干扰在信号线之间传输,属于对称性干扰。
2.1.2 产生共模干扰的原因功率开关管和输出二极管通常有较大的功耗,为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。
器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘,这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容,开关电源的底板是交流电源的地线,因而,通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端就产生了共模干扰。
解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片连接到直流地上,割断射频干扰向输入电网传播的途径。
2.1.3产生差模干扰的原因差模干扰在两根信号线之间传输,属于对称性干扰。
开关电源电磁干扰(EMI)抑制措施总结
摘要：开关电源的电磁干扰对电子设备的性能影响很大，因此，各种标准对抑制电源设备电磁干扰的要求已越来越高。
对开关电源中电磁干扰的产生机理做了简要的描述，着重总结了几种近年提出的新的抑制电磁干扰的方法，并对其原理、应用做了简单介绍。
1 引言随着电子设备的大量应用，电源在这些设备中的地位越来越重要，而开关变换器由于体积小、重量轻、效率高等特点，在电源中占的比重越来越大。
开关电源大多工作在高频情况下，在开关器件的开关过程中，寄生元件（如寄生电容、寄生电感等）中能量的高频变化产生了大量的电磁干扰（ ElectromagneticInterference ， EMI ）。
EMI 信号占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经过在电路、空间中的传导和辐射，污染了周围的电磁环境，影响了与其它电子设备的电磁兼容（ ElectromagneticCompatibility ）性。
随着近年来各国对电子设备的电磁干扰和电磁兼容性能要求的不断提高，对电磁干扰以及新的抑制方法的研究已成为开关电源研究中的热点。
本文对电磁干扰产生、传播的机理进行了简要的介绍，重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的新方法。
2 电磁干扰的产生和传播方式开关电源中的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。
通常传导干扰比较好分析，可以将电路理论和数学知识结合起来，对电磁干扰中各种元器件的特性进行研究；但对辐射干扰而言，由于电路中存在不同干扰源的综合作用，又涉及到电磁场理论，分析起来比较困难。
下面将对这两种干扰的机理作一简要的介绍。
2.1传导干扰的产生和传播传导干扰可分为共模（ CommonMode CM ）干扰和差模（ DifferentialMode DM ）干扰。
由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断，使得开关电源在其输入端（即交流电网侧）产生较大的共模干扰和差模干扰。
2.1.1 共模（ CM ）干扰变换器工作在高频情况时，由于 dv/dt 很高，激发变压器线圈间、以及开关管与散热片间的寄生电容，从而产生了共模干扰。
抑制开关电源电磁干扰的措施
抑制开关电源电磁干扰的措施开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。
根据上篇分析的电磁干扰源，结合它们的耦合途径，可以从EMI 滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰，把电磁干扰衰减到允许限度之内。
1.交流输入EMI 滤波器滤波是一种抑制传导干扰的方法，在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。
电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。
电源进线端通常采用如图1 所示的EMI 滤波器电路。
该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。
在电路中，跨接在电源两端的差模电容Cx1、Cx2 （亦称X 电容）用于滤除差模干扰信号，一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器，电容值通常取0.1~ 0. 47F。
而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2 （亦称Y 电容）则用来短路共模噪声电流，取值范围通常为C1=C2 # 2200 pF。
抑制电感L1、L2 通常取100~ 130H，共模扼流圈L 是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成，通常要求其电感量L#15~ 25 mH。
当负载电流渡过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。
因此，即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。
而对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会呈现较大电感，从而起到衰减共模干扰信号的作用。
2.利用吸收电路开关电源产生EMI 的主要原因是电压和电流的急剧变化，因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率（ du/ dt 和di/ dt ）。
采取吸收电路能够抑制EMI，其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路，吸收积蓄在寄生分布参数中的能量，从而抑制干扰的发生。
可以在开关管两端并联如图2（ a）所示的RC 吸收电路，开关管或二极管在开通和关断过程中，管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压，可以通过缓冲的方法予以克服。
开关电源的干扰分析及其抑制措施
2 开关电源干扰耦合途径开关电源干扰耦合途径有两种方式：一种是传导耦合方式，另一种是辐射耦合方式。2．1 传导耦合传导耦合是骚扰源与敏感设备之间的主要耦合途径之一。传导耦合必须在骚扰源与敏感设备之间存在有完整的电路连接，电磁骚扰沿着这一连接电路从骚扰源传输电 磁骚扰至敏感设备，产生电磁干扰。按其耦合方式可分为电路性耦合、电容性耦合和电感性耦合。在开关电源中，这3种耦合方式同时存在，互相联系。2．1．1 电路性耦合电路性耦合是最常见、最简单的传导耦合方式。其又有以下几种：1）直接传导耦合导线经过存在骚扰的环境时，即拾取骚扰能量并沿导线传导至电路而造成对电路的干扰。2）共阻抗耦合由于两个以上电路有公共阻抗，当两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路，这就是 共阻抗耦合。形成共阻抗耦合骚扰的有电源输出阻抗、接地线的公共阻抗等。2 .1．2 电容性耦合电容性耦合也称为电耦合，由于两个电路之生的尖峰电压是一种有较大幅度的窄脉冲，其频间存在寄生电容，使一个电路的电荷通过寄生电容影响到另一条支路。2.1.3 电感性耦合电感性耦合也称为磁耦合，两个电路之间存在互感时，当干扰源是以电源形式出现时，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。2．2 辐射耦合通过辐射途径造成的骚扰耦合称为辐射耦合。辐射耦合是以电磁场的形式将电磁能量从骚扰源经空间传输到接受器。通常存在4种主要耦合途径：天线耦合、导线感 应耦合、闭合回路耦合和孔缝耦合。2．2．1 天线与天线间的辐射耦合在实际工程中，存在大量的天线电磁耦合。例如，开关电源中长的信号线、控制线、输入和输出引线等具有天线效应，能够接收电磁骚扰，形成天线辐射耦合。2．2．2 电磁场对导线的感应耦合开关电源的电缆线一般是由信号回路的连接线、功率级回路的供电线以及地线一起构成，其中每一根导线都由输入端阻抗、输出端阻抗和返回导线构成一个回路。因 此，电缆线是内部电路暴露在机箱外面的部分，最易受到骚扰源辐射场的耦合而感应出骚扰电压或骚扰电流，沿导线进入设备形成辐射骚扰。2．2．3 电磁场对闭合回路的耦合电磁场对闭合回路的耦合是指回路受感应最大部分的长度小于波长的1／4。在辐射骚扰电磁场的频率比较低的情况下，辐射骚扰电磁场与闭合回路的电磁耦合。2．2．4 电磁场通过孔缝的耦合电磁场通过孔缝的耦合是指辐射骚扰电磁场通过非金属设备外壳、金属设备外壳上的孔缝、电缆的编织金属屏蔽体等对其内部的电磁骚扰。3 抑制干扰的一些措施形成电磁干扰的三要素是骚扰源、传播途径和受扰设备。因而，抑制电磁干扰也应该从这三方面人手，采取适当措施。首先应该抑制骚扰源，直接消除干扰原因；其 次是消除骚扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本 上都是用切断电磁骚扰源和受扰设备之间的耦合通道。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。1）采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰，即用电导率良好的材料对电场进行屏蔽，用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。屏蔽有两个目的，一是限 制内部辐射的电磁能量泄漏出，二是防止外来的辐射干扰进入该内部区域。其原理是利用屏蔽体对电磁能量的反射、吸收和引导作用。为了抑制开关电源产生的辐 射，电磁骚扰对其他电子设备的影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩，然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体，就能对电磁场进行有效的屏 蔽。2）所谓接地，就是在两点间建立传导通路，以便将电子设备或元器件连接到某些叫作“地”的参考点上。接地是开关电源设备抑制电磁干扰的重要方法，电源某些 部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该环路时将产 生磁感应噪声。实际上很难实现“一点接地”，因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面作为参考地，需要接地的 各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别将低频电路、高频电路、 功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。3）滤波是抑制传导干扰的有效方法，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。EMI滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，可以抑制来自电网 的干扰对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。在滤波电路中，还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁 环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。选择滤波器时要注意以下几点：（1）明确工作频率和所要抑制的干扰频率，如两者非常接近，则需要应用频率特性非常陡峭的滤波器，才能把两种频率分开；（2）保证滤波器在高压情况下能够可靠地工作；（3）滤波器连续通以最大额定电流时，其温升要低，以保证在该额定电流连续工作时，不破坏滤波器中元件的工作性能；（4）为使工作时的滤波器频率特性与设计值相符合，要求与它连接的信号源阻抗和负载阻抗的数值等于设计时的规定值：（5）滤波器必须具有屏蔽结构，屏蔽箱盖和本体要有良好的电接触，滤波器的电容引线应尽量短，最好选用短引线低电感的穿心电容；（6）要有较高的工作可靠性，因为作防护电磁干扰用的滤波器，其故障往往比其他元器件的故障更难找。安装滤波器时应注意以下几点：（1）电源线路滤波器应安装在离设备电源人口尽量靠近的地方，不要让未经过滤波器的电源线在设备框内迂回；（2）滤波器中的电容器引线应尽可能短，以免因引线感抗和容抗在较低频率上谐振；（3）滤波器的接地导线上有很大的短路电流通过，会引起附加的电磁辐射，故应对滤波器元件本身进行良好的屏蔽和接地处理；（4）滤波器的输人和输出线不能交叉，否则会因滤波器的输入和输出电容耦合通路引起串扰，从而降低滤波特性，通常的办法是输入和输出端之间加隔板或屏 蔽层。4 结语开关电源产生电磁干扰的因素还有很多，抑制电磁干扰还有大量的工作要做。全面抑制开关电源的各种噪声将使开关电源更加安全可靠地运行。
关于开关电源电磁干扰分析与抑制问题的探讨
持 基本 不 变 ， 以实 现稳 压 。
Ｒ Ｂ１
高、 体积小 、 重量 轻 、 压范 围宽等 许多 优 点 ， 稳 已被 广 泛应 用 于 计算 机 及其 外 围设 备 、 信 、 通 自动控 制 、 用 电器 等 家
领 域 。但 是 ， 由于开 关 电源 工作 在 高频 开关 状 态 ， 内部 会 产 生很 高 的 电流 、 电压 变 化率 （ 即高 ｄ／ ｔ ｄ／ ｔ 。 致 ｖｄ 和 ｉｄ ）导
开关 电源 产生 较强 的 电磁 干扰 （ＭＩ Ｅ Ｉ 号既 具有 很 Ｅ ） Ｍ 信
宽 的频率 范 围 ，又有 一定 的 幅度 ．它 不仅 对 电 网造成 污
染， 直接 影 响到其 他 用 电设 备 的 正常 工作 ． 而且 作 为辐 射 干扰 闯入 空 间 ， 对空 间也 造 成 电磁 污染 。 目前 。 开关 电源
源 的 工作原 理 ， 析 了开 关 电源产 生 电磁 干扰 的原 因 ， 出 了多种 抑制 电磁 干扰 的措 施 。在 开 关 电源 的设 计 分 提 中， 只有全 面分 析 开关 电源 电磁 干扰 产 生的 原 因 ， 并根 据 实际情 况采 取有 效 的措 施 来抑 制 电磁 干扰 。 善 其 电 改
谐 波 丰富 。 一个很 强 的干 扰源 。 是 开关 管是 开关 电源 的核 心 器件 ， 同时也 是干 扰源 。 工作 频率 直接 与 电磁干 扰 的 其
一
干扰形 成 的原 因 以及 多种 Ｅ 抑 制方 法 或措施 ＭＩ
１ 开 关 电 源 的 工 作 原 理
个 很强 的 电磁干 扰源 。 关 电源产 生 的干扰 。 干扰源 开 按
种 类 ， 分为 尖 峰干 扰和谐 波 干 扰两种 ； 可 若按 耦 合通路 来 分。 可分 为传 导干 扰和 辐射 干扰 两种 。 导干 扰通 过交流 传 电源 传播 ， 率 低 于 ３ ＭＨｚ 辐射 干 扰 通过 空 气 传播 。 频 ０ ； 频 率 在 ３ ＭＨ ０ ｚ以上 下 面就 以传导 干 扰和辐 射 干扰来 分析
解析几种有效的开关电源电磁干扰的抑制措施
解析几种有效的开关电源电磁干扰的抑制措施
有效的开关电源电磁干扰抑制措施包括：
1. 选择合适的滤波器：在开关电源输入端、输出端以及变压器绕组的附近安装滤波器，可以有效滤除高频噪声和突变噪声，减少电磁辐射。
2. 使用磁性材料：在开关电源变压器绕组的附近使用磁性材料，如铁氧体、铁氟龙等，可以有效吸收和屏蔽电磁干扰。
3. 地线布局：合理布置地线，减少电磁干扰。
不同元器件的地线要分开布局，避免共
用一个接地点。
4. 合理选择元器件：选择低电阻、低电感、低容值的元器件，减少电路中的谐振，降
低电磁干扰。
5. 优化电路设计：合理布局和连接元器件，减少信号回路，增加信号路径的隔离，减
少电磁干扰。
6. 使用屏蔽材料：在开关电源敏感部分使用屏蔽材料，如铝箔、铁氧网、铜网等，将
电磁辐射封锁在内部。
7. 设计良好的接地系统：确保良好的接地系统，包括减少接地回路的电阻，建立良好
的接地连接。
8. 符合电磁兼容性标准：在设计和生产过程中遵循电磁兼容性标准，如EMC（电磁兼容性）标准，确保产品符合相关电磁干扰限制。
以上是一些常见的有效的开关电源电磁干扰抑制措施，根据具体的应用场景和需求，还可以采取其它的措施来减少电磁干扰的影响。
开关电源抗干扰的措施
开关电源抗干扰的措施本文从屏蔽、接地、PCB板的布局与布线几方面，对开关电源电路的抗干扰措施进行了详尽的分析讨论，以确保开关电源的正常工作。
标签：屏蔽接地抗干扰电磁兼容开关电源一般采用脉冲宽度调制技术，其特点是频率高、效率高、功率密度高。
然而，由于其开关器件工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程本身就是电磁干扰源，它产生的电磁干扰直接危害着电子设备的正常工作，为了确保开关电源工作的可靠性，必须进行抗干扰设计。
抗干扰措施包括屏蔽、接地、PCB 板的布局与布线等，这里仅对屏蔽、接地、PCB板的布局与布线这几种抗干扰措施进行分析讨论。
1.屏蔽技术。
抑制开关电源电磁干扰的有效方法是屏蔽。
即用导电良好的材料对电场进行屏蔽，用导磁率高的材料对磁场进行屏蔽。
用电磁屏蔽的方法解决EMI问题的好处是不会影响电路的正常工作。
屏蔽技术可分为对发出电磁波部位的屏蔽和易受电磁波影响的元器件的屏蔽。
在开关电源中，可发出电磁波的元器件是指变压器、电感器、功率器件等，通常在其周围采用铜板或铁板作为屏蔽，使其电磁波产生衰减。
对抗电磁波较弱的元器件，必要的情况下也应采取相应的屏蔽措施。
2.接地技术。
（1）接地。
接地技术是开关电源抗干扰技术和电磁兼容技术的重要内容之一。
不正确的工作接地反而会增加干扰。
比如共地线干扰、地环路干扰等。
为防止各种电路在工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地工作，根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类。
（2）交流地与直流地分开。
一般交流电源的零线是接地的。
但由于存在接地电阻和其上流过的电流，导致电源的零线电位并非为大地的零电位。
另外，交流电源的零线上往往存在很多干扰如果交流电源地与直流电源地不分开，将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。
因此，在开关电源中采用把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术，可以隔离来自交流电源地线的干扰。
（3）模拟地与数字地分开。
随着数字开关电源的开发，为了抑制对数字芯片的干扰，数字芯片与模拟电路必须进行隔离。
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刍议如何控制开关电源电磁干扰
摘要:通信开关电源是通信系统中的一种主要的干扰源之一,由于它本身工作特点使得电磁干扰问题相当突出,从通信电源电磁干扰的机理着手,分别论述了有源滤波技术、pcb设计技术、扩频调制技术等来抑制电磁干扰,改善了开关电源电磁兼容的性能，为工程设计人员提供了理论参考。
关键词:开关电源;电磁干扰;抑制措施
abstract: communication switching power supply is the major source of interference in a communication system, due to its own features make the issue of electromagnetic interference are quite prominent, and the mechanism of electromagnetic interference from the communication power to proceed, discusses active filtering technology, pcb design technology, spread spectrum modulation techniques such as electromagnetic interference suppression, improved the performance of the switching power supply electromagnetic compatibility, provide a theoretical reference for the engineering staff.keywords: switching power supply; electromagnetic interference; suppression measures 中图分类号：o552.4+24文献标识码：a
1 通信开关电源的干扰
通信开关电源要稳定工作就要有很强的抗电磁干扰能力，对于
电场，磁场及电磁波等要有足够的抗干扰能力，保证自身能够正常工作以及通信设备供电的稳定且不间断，同时也要不受通信系统本身因通信时电磁波带来的干扰。
一般来讲，开关电源受到的干扰源有电压电流快速变化造成的干扰，传导干扰和辐射干扰。
开关电源的干扰来源有：开关电源的大功率开关管工作在高压大电流的切换状态，由导通切换为关断状态时形成浪涌电压，或由关断切换为导通状态时形成的浪涌电流，它们的高次谐波成分会通过空间向外发射或通过电源线的传导构成干扰源。
由关断切换为导通状态时，开关变压器副方的整流二极管受反方向恢复特性的限制，产生尖峰状的反向电流，它与二极管结电容以及引线电感等形成阻尼正弦振荡，也含有大量的谐波成分，构成干扰。
2 通信开关电源的特性及电磁干扰产生的机理2.1开关电源基本特性。
开关电源的基本特性有四点:①位置较为清楚.主要集中在功率开关器件、二极管以及与之相连的散热器和高频变压器上;②能量转换装置工作于开关状态.因开关电源是工作于开关状态的能量转换装置,故其电压、电流变化率很高,产生的干扰强度较大;③电源印刷线路板(pcb)走线通常采用手工布置.这种布置使其具有很大的随意性,增加了pcb分布参数的提取和近场干扰预测评估的难度;④开关频率大,可从几万hz
到数兆hz,主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰。
2.2电磁干扰产生机理。
1）开关电路产生的电磁干扰。
开关电路是开关电源的核心,主要由开关管和高频变压器组成,它产生的dv/dt是具有较大幅度脉冲,频带较宽且谐波丰富.这种脉冲干扰产生的主要原因有
两个方面:一方面开关管负载为高频变压器初级线圈,是感性负载.在开关管导通瞬间,初级线圈产生很大的涌流,并在初级线圈的两
端出现较高的浪涌尖峰电压;在开关管断开瞬间,由于初级线圈的
漏磁通,致使一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈,储藏在
电感中的这部分能量将和集电极电路中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡,叠加在关断电压上,形成关断电压尖峰.这种电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变,这个噪声会传导到输入输出端,形成传导干扰.另一个方面脉冲变压器初级
线圈,开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路可能会产生较大的空间辐射,形成辐射干扰.2）二极管的反向恢复时间引起的干扰。
高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于pn结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流
子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt) .3电磁干扰抑制措施形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备.因而,抑制电磁干扰应从这三方面入手.抑制干扰源、消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射、提高受扰设备的抗扰能力,从而改善开关电源的电磁兼容性能的目的。
3.1采用滤波器抑制电磁干扰。
滤波是抑制电磁干扰的重要方法,它能有效地抑制电网中的电磁干扰进入设备,还可以抑制设备内的电磁干扰进入电网.在
开关电源输入和输出电路中安装开关电源滤波器,不但可以解决传导干扰问题,同时也是解决辐射干扰的重要武器.滤波抑制技术分
为无源滤波和有源滤波两种方式。
1）无源滤波技术无源滤波电路简单,成本低廉,工作性能可靠,是抑制电磁干扰的有效方式.无源
滤波器由电感、电容、电阻元件组成,其直接作用是解决传导发射。
由于原电源电路中滤波电容容量大,整流电路中会产生脉冲尖峰电流,这个电流由非常多的高次谐波电流组成,对电网产生干扰;另外电路中开关管的导通或截止、变压器的初级线圈都会产生脉动电流.由于电流变化率很高,对周围电路会产生出不同频率的感应电流,
其中包括差模和共模干扰信号,这些干扰信号可以通过两根电源线传导到电网其他线路和干扰其他的电子设备.图中差模滤波部分可以减少开关电源内部的差模干扰信号,又能大大衰减设备本身工作时产生的电磁干扰信号传向电网.又根据电磁感应定律,得
e=ldi/dt,e为l两端的电压降,l为电感量,di/dt为电流变化率.
显然要求电流变化率越小,则要求电感量就越大.脉冲电流回路通
过电磁感应其他电路与大地或机壳组成的回路产生的干扰信号为
共模信号;开关电源电路中开关管的集电极与其他电路之间产生很强的电场,电路会产生位移电流,而这个位移电流也属于共模干扰
信号.图中共模滤波器就是用来抑制共模干扰,使之受到衰减。
2）有源滤波技术。
有源滤波技术是抑制共模干扰的一种有效方法.这是一种从噪声源出发而采取的措施。
其基本思想是设法从主回路中取出一个与电磁干扰信号大小相等、相位相反的补偿信号去平原来的干扰信号,以达到降低干扰水平的目的.如图,利用晶体管的电流放大作用,通过把发射极的电流折合到基极,在基极回路来滤
波.r1、c2组成的滤波器使基极纹波很小,这样射极的纹波也很小.由于c2的容量小于c3,减小了电容的体积.这种方式仅适合低压小功率电源的情况.另外,在设计和选用滤波器时应注意频率特性、耐压性能、额定电流、阻抗特性、屏蔽和可靠性.滤波器的安装位置要恰当,安装方法要正确,才能对干扰起到预期的滤波作用.3.2pcb 设计技术。
为更好地抑制开关电源的电磁干扰,其印制电路板(pcb)的抗干扰技术尤为重要.为减少pcb的电磁辐射和pcb上电路间的串扰,要非常注意pcb布局、布线和接地.如减少辐射干扰是减小通路面积,减小干扰源和敏感电路的环路面积,采用静电屏蔽.而抑制电场与磁场的耦合,应尽量增大线间距离.在开关电源中接地是抑制干扰的重要方法.接地有安全接地、工作接地和屏蔽接地等3种基本类型.地线设计应注意以下几点:1)交流电源地与直流电源地分开.2)功率地与弱电地分开.3)模拟电路与数字电路的电源地分开.4)尽量加粗地线.3.3 扩频调制技术。
对于一个周期信号尤其是方波来说,其能量主要分布在基频信号和谐波分量中,谐波能量随频率的增加呈级数降低.由于n次谐波的带宽是基频带宽的n倍,通过扩频技术将谐波能量分布在一个更宽的频率范围上.由于基频和各次谐波能量减少,其发射强度也应该相应降低.要在开关电源中采用扩频时钟信号,需要对该电源开关脉冲控制电路输出的脉冲信号进行调制,形成扩频时钟。
与传统的方法相比,采用扩频技术优化开关电源emi既高效又可靠,无需增加体积庞大的滤波器件和繁琐的屏蔽处理,也不会对电源的效率带来任何负面影响.3.4 一次整
流电路中加功率因数校正(pfc)网络。
对直流稳压电源来讲,电网电压通过变压器降压后直接通过整流电路进行整流,所以整流过程中产生的谐波分量作为干扰直接影响交流电网的波形,使波形畸变,功率因数偏低.为了解决输入电流波形畸变和降低电流谐波含量,将功率因数校正(pfc)技术应用于开关电源中是非常必要的.pfc技术使得电流波形跟随电压波形,将电流波形校正成近似的正弦波,从而降低了电流谐波含量,改善了桥式整流电容滤波电路的输入特性,提高了开关电源的功率因数.其中无源功率因数校正电路是利用电感和电容等元件组成滤波器,将输入电流波形进行移相和整形过程来实现提高功率因数的.而有源功率因数校正电路是依据控制电路强迫输入交流电流波形跟踪输入交流电压波形的原理来实现交流输入电流正弦化,并与交流输入电压同步.两种方法均使功率因数提高,后者效果更加明显,但电路复杂.
4 结语
随着通信开关电源不断向高频化发展,其抗干扰问题显得越发重要.在开发和设计开关电源过程中,如何有效抑制开关电源的电磁干扰,同时提高开关电源本身对电磁干扰的抗干扰能力是一个重要课题。
在开关电源设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后去进行抗干扰的补救措施。