电磁兼容期末论文

学院物信学院

姓名尹天林

学号20111060235 班级11级电信二班

对抑制开关电源纹波的研究的认识本学期，我学了电磁兼容这门课程。学习这门课程对我的帮助非常大，现在我对所学到的其中一部分知识进行一些必要的梳理，以便能为自己今后的学习工作积累一些必要的资源。对于这门课的总体感受，我想老师教给我们的绝不仅仅是电磁兼容的内容本身，更多的是思考与解决问题的方法。

在课上，老师不仅教会了我很多关于电磁兼容方面的知识，而且让我明白了无论做什么事，都要有突破传统思想的勇气，因为这样能把学的知识记得更牢固，更有机会去发现解决问题的更好的方法，推动新的技术的发展。

进入课程内容，首先我了解了什么是电磁兼容。电磁兼容是指器件在工作的过程中即不干扰其它电器，同时也不被其它电器所干扰。电磁干扰可以来自于系统的内部，也可以来自于系统的外部。它主要由以下三个要素产生：电磁骚扰源、传播途径、敏感设备。

电磁兼容的实施性方法包含了组织措施与技术措施两个方面。技术上有合适的接地，合理的布线，屏蔽。滤波，电气隔离，限幅，续流，计算机软硬件措施等。组织上有电磁兼容标准、规范，频谱管理，空间分离，时间分隔等。在课上，老师对我国该领域与国外进行了一些对比。对于这部分内容，我印象很深刻，也产生了一些自己的想法。我国与发达国家及日本韩国相比，科技创新能力仍然处于较低的水平。华为作为我国较大的电子产品公司，所做的也是拿来国外的产品回来进行研究学习模仿。而相比之下，对于大多的小公司与企事业单位而言，市场的竞争力更是远不及国外。自主创新设计出的产品往往存在各种缺陷。

听了老师的课我认识到这些缺陷的存在往往是理论上没有问题，而到了实际中才会出现的问题。即所设计出的产品在实验室能够跑得很好，可到了实际环境中却会出现一些意想不到的故障。这些大部分是电磁兼容的问题。正常运行的设备到了实际的环境中由于电磁环境恶劣，就会受到干扰而故障。因此，要好好学习和了解电磁兼容知识是很有必要的。

对于电磁兼容，我选择滤波这一章，并对它进行了深入了解。

滤波器的特性参数包括了：频率、阻抗、电压、电流、绝缘、体积重量、价格成本、温湿度、气压、加速度、可靠性等。滤波器可由无损耗或有损耗的元件构成。滤波器可分为反射滤波器与吸收滤波器。反射型滤波器的缺点是：当它和

信号源不匹配时，一部分能量将被反射。

对于滤波，我参考了关于抑制开关电源纹波的研究的论文及文献，并对此写一下我的认识和学到的东西。

很多精密设备需要高性能的直流稳压电源供电．特别是要求直流开关电源具有极小的输出电压纹波。因此，在小功率场合往往采用高性能的线性直流电源．而在中大功率场合．考虑到效率和成本问题,就必须选用直流开关电源. 然而,直流开关电源的输出纹波较大，严重阻碍了其广泛应用。直流开关电源的输出纹波根据其产生的原因和表现形式可以分为低频纹波、高频纹波、高频噪声、控制环节附加噪声等.高频纹波和高频噪声都是在高频开关过程中产生的，可以采用许多方法来减小或消除，而低频纹波的产生主要由输入交流电源整流过程中的低频波动所致，通常采用前馈控制、有源滤波器、谐波补偿等方法来减小，但这些方法都需要检测谐波电压或电流．在对谐波信号进行处理时总存在一定的相移．这样会带来新的噪声．特别是有源滤波器还增加了整机成本。为此，对直流开关电源的工作原理进行了分析。.

还有，电源是各种电子设备必不可少的组成部分,它的性能好坏直接影响到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。目前常用的直流稳压电源分为线性电源和开关电源两大类。线性稳压电源亦称串联调整式稳压电源,其稳压性能好输出纹波电压很小,但它必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离,并且调整管的功率损耗较大,致使电源的体积和重量大、效率低。开关电源被誉为高效节能电源,它是利用现代电力电子技术,通过控制开关通断的时间比率来维持输出电压稳定的一种电源,具有体积小、重量轻、功率小、效率高、纹波小、噪声低、易扩容、智能化程度高等优良特性,广泛应用在诸如计算机、电视机、摄像机等电子设备上。它代表着稳压电源的发展方向,现已成为稳压电源的主流产品。目前,开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于以电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备中。而随着近些年来科学技术的不断发展,开关电源技术在实际需要的推动下快速的发展。

开关电源的调整管工作在饱和及截止状态，因而发热量小，效率高，在对电源效率和安装体积有要求的地方有广泛应用。但是开关电源输出的直流上面会叠加较大的纹波，本文主要分析了开关电源纹波产生的原因，并提出了减少开关电

源纹波的四种有效的方法。

开关电源利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC 和MOSFET 构成。开关电源和线性电源相比，纹波系数通常要大一些，但是纹波系数又是开关电源的一项重要指标，纹波大就会影响电子电路正常工作，出现信号源的不纯净，放大器噪声与过载等问题。本文针对开关电源的纹波进行研究，提出抑制开关电源纹波的方法。

首先，要了解了开关电源的原理：开关稳压电源的核心是电压深度负反馈的脉冲宽度调制器，功率器件工作于开关状态，因此功率低，效率高。开关电源的主电路图如图1。

由电路图可以看出，市电经整流滤波后变为311V 高压，经K1- K4 功率开关管有序工作后，变为脉冲信号加至高频变压器的初级，脉冲的高度始终为311V。当K1、K4 开通时，311V 高压电流经K1 正向流入主变压器初级，经K4 流出，在变压器初级形成一个正向脉冲，同理，当K2、K3 开通时，311V 高压电流经K3 反向流入主变压器初级，经K2 流出，在变压器初级形成一个反向脉冲。由于开关电源的工作原理，使其纹波噪声不可避免，而开关电源发展的重要方向是高频、高可靠、低纹波。

接着，要分析一下开关电源纹波产生的原因。

最终的目的是要把输出纹波降低到可以忍受的程度，达到这个目的最根本的解决方法就是要尽量避免纹波的产生，随着SWITCH的开关，电感L 中的电流也是在输出电流的有效值上下波动的。所以在输出端也会出现一个与SWITCH 同频率

的纹波，一般所说的纹波就是指这个。另外，SWITCH 一般选用双极性晶体管或者MOSFET，不管是哪种，在其导通和截止的时候，都会有一个上升时间和下降时间。这时候在电路中就会出现一个SWITCH 上升下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十兆赫。如果是AC／DC 变换器，除了上述两种纹波（噪声）以外，还有AC 噪声，频率是输入AC 电源的频率，为50～60Hz 左右。还有一种共模噪声，是由于很多开关电源的功率器件使用外壳作为散热器，产生的等效电容导致的。

然后，也是最重要的一步，就是要知道开关电源纹波抑制的方法。

对于开关电源纹波，理论上和实际上都是一定存在的。为了实现开关电源的低纹波输出，对低频电源噪声必须采取滤波措施；对于高频噪声，开关电源需要依靠功率器件对输入直流电压进行高频变脉宽波斩波而后整流滤波实现稳压输出的。受功率器件开关损耗的限制，电源的开关频率一般取20~100kHz，开关频率越高，电感电容越大，则输出波纹越小。在其输出端含有与斩波频率同频的高噪声，其大小主要和开关电源的开关频率及输出滤波器的结构和参数有关。下面我们提出抑制或减少电源纹波的四种有效方法：

1.加大电感和输出电容滤波。根据开关电源的公式，电感内电流波动大小和电感值成反比，输出纹波和输出电容值成反比。所以加大电感值和输出电容值可以减小纹波。

2. 二级滤波，再加一级LC 滤波器。LC 滤波器对噪纹波的抑制作用比较明显，根据要除去的纹波频率选择合适的电感电容构成滤波电路，一般能够很好的减小纹波。但是这种情况下需要考虑反馈比较电压的采样点。采样点选在LC 滤波器之前，输出电压会降低。因为任何电感都有一个直流电阻，当有电流输出时，在电感上会有压降产生，导致电源的输出电压降低，而且这个压降是随输出电流变化的。

采样点选在LC 滤波器之后，这样输出电压就是我们所希望得到的电压，这样的缺点是在电源系统内部引入了一个电感和一个电容，有可能会导致系统不稳定。

3. 开关电源输出之后，接低压差线性稳压器（LDO）滤波。这是减少纹波和噪声最有效的办法，输出电压恒定，不需要改变原有的反馈系统，但也是成本最

高，功耗最高的办法。任何一款LDO 都有一项指标：噪音抑制比。对几百千赫的开关纹波，LDO 的抑制效果非常好。但在高频范围内，该LDO 的效果就不那么理想了。

4. 正确合理的印制电路板（PCB）布线。开关电源PCB 排版是开发电源产品中的一个重要过程。对减小纹波，开关电源的PCB 布线也非常关键，许多情况下，一个在纸上设计得非常完美的电源可能在初次调试时无法正常工作，原因是该电源的PCB 排版存在着许多问题[6]。开关电源的纹波太大，或者开关电源产生的电磁干扰影响到其电子产品的正常工作，所以正确合理的电源PCB 排版就变得非常重要。注意PCB 的布局、布线和接地，可以减少开关电源波纹。

在选用滤波元件时，一般只说要满足脉动要求，在安装尺寸容许的前提下，采用较大的L 较小的C 或采用较小的L 较大的C 均可。但是在实际中需要考虑输出电压冲击值及其动态响应特征，电感量愈大，冲击值越大，动态响应也越大。

滤波器的计算式复杂的，在设计中，常常是按照一定的范围选取L 和C，通过在线路中试验，测试各项指标，并根据测试值修正元件值，以选取合适的元件，电容器要选高频性能好的无感聚苯乙烯电容、陶瓷电容、铝电解电容等。

最后，对抑制开关电源纹波做出结论。

开关电源由于功耗小效率高，体积小，重量轻，稳压范围广，电路形式灵活等特点，广泛地应用于计算机、通信等各类电子设备。本文提出的抑制开关电源波纹方法我们在设计开关电源的时都有研究及使用，这些方法有各自的优缺点，选择合适的方法关键是根据自己的设计要求，比如产品体积，成本，开发周期等。

从抑制开关电源纹波的研究，就可以看出学电磁兼容这门课是多么的有用了。

像老师所说，正因为在实验室一切正常，所以当出现问题后会出现软件硬件两不管的局面。这就导致了出了问题无法解决，最后只好继续使用国外的产品。我国的产品就会总是停滞不前。我想，如果更多的工作者能够懂得电磁兼容这门学问，情况将会大不相同。我作为一名大学生，如果不是听了电磁兼容这门课程，可能以后走上工作岗位后遇到类的问题也会无从下手。

学了电磁兼容，不仅让我学到了新的知识，更让我明白了学习、思考问题的新方法，通过对电磁兼容的学习，我相信我能够解决更多难以解决的难题。