浅议开关电源的干扰源

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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

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。

关于开关电源的EMI小谈

关于开关电源的EMI小谈

关于开关电源的EMI小谈
关于开关电源的的EMI
 在开关电源中,EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显着的作用。

高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点,已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。

在开关电源应用于交流电网的场合,整流电路往往导致输入电流的断续,这除了大大降低输入功率因数外,还增加了大量高次谐波。

同时,开关电源中功率开关管的高速开关动作(从几十kHz到数MHz),形成了EMI(electromagnetic interference)骚扰源。

从已发表的开关电源论文可知,在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰,传导干扰还会注入电网,干扰接入电网的其他设备。

减少传导干扰的方法有很多,诸如合理铺设地线,采取星型铺地,避免环形地线,尽可能减少公共阻抗;设计合理的缓冲电路;减少电路杂散电容等。

除此之外,可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。

EMI干骚扰通常难以精确描述,滤波器的工业设计通常是通过反复迭代,计算制作以求逐步逼近设计要求。

 1. 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。

 (1)功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态,dv/dt和di/dt都在急剧变换,因此,功率开关管既是电场耦合的主要干扰源,也是磁场耦合的主要干扰源。

 (2)的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换,因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源.
 (3)的EMI来源集中体现在反向恢复特性上,反向恢复电流的断续点会在电。

浅谈开关电源的干扰产生及抑制措施

浅谈开关电源的干扰产生及抑制措施

浅谈开关电源的干扰产生及抑制措施作者:王卫龙马睿蒋乐燕来源:《中国科技博览》2014年第24期[摘要]开关电源本身产生的干扰直接危害着电子设备的正常工作,抑制开关电源本身的电磁噪声是开发和设计开关电源的一个重要课题。

本文简要地对开关电源电磁干扰产生、传播的机理进行了介绍,总结了几种主要的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的方法。

[关键词]开关电源;电磁干扰;抑制a中图分类号:TL62+9 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)24-0064-011.开关电源干扰的产生1.1 开关电源内部干扰1.1.1 基本整流器基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。

这是因为工频交流正弦波通过整流后不再是单一频率的电流,而变成一直流分量和一系列频率不同的谐波分量,谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰,使前端电流发生畸变,一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变,另一方面通过电源线产生射频干扰。

1.1.2 功率变换电路1)开关管。

开关管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容,当开关管流过大的脉冲电流(大体上是矩形波)时,该波形含有许多高频成份;同时,关电源使用的器件参数如开关功率管的存储时间,输出级的大电流,开关整流二极管的反向恢复时间,会造成回路瞬间短路,产生很大短路电流,另外,开关管的负载是高频变压器或储能电感,在开关管导通的瞬间,变压器初级出现很大的涌流,造成尖峰噪声。

2)高频变压器。

开关电源中的变压器,用作隔离和变压,但由于漏感的原因,会产生电磁感应噪声;同时,在高频状况下变压器层间的分布电容会将一次侧高次谐波噪声传递给次级,而变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通路,使变压器周围产生的电磁场更容易在其他引线上藕合形成噪声。

3)整流二极管。

二次侧整流二极管用作高频整流时,由于反向恢复时间的因素,往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除(因载流子的存在,还有电流流过)。

开关电源的干扰及抑制

开关电源的干扰及抑制

开关电源的干扰及抑制电源抗干扰一.电源噪声的基本概念电源噪声是电磁干扰的一种,其传导噪声的频谱大致为10kHz~30MHz,最高可达150MHz。

电源噪声,特别是瞬态噪声干扰,其上升速度快、持续时间短、电压振幅度高、随机性强,对微机和数字电路易产生严重干扰。

根据传播方向的不同,电源噪声可分为两大类:①.一类是从电源进线引入的外界干扰;②.一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。

从形成特点看,噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。

①.串模干扰是两条电源线之间(简称线对线)的噪声。

②.共模干扰则是两条电源线对大地(简称线对地)的噪声。

二.开关电源的干扰开关电源属于强干扰源,其本身产生的干扰直接危害着电子设备的正常工作。

因此,抑制开关电源本身的电磁噪声,同时提高其对电磁干扰的抗扰性,在设计和开发过程中需要特别的关注。

开关电源的干扰一般分为两大类:一是开关电源内部元器件形成的干扰;二是由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰。

2.1内部元器件干扰开关电源产生的EMI主要是由基本整流器产生的高次谐波电流干扰和功率变换电路产生的尖峰电压干扰。

①.基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。

这是因为工频交流正弦波通过整流后不再是单一频率的电流,而变成一直流分量和一系列频率不同的谐波分量,谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰,使前端电流发生畸变,一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变,另一方面通过电源线产生射频干扰。

②.功率变换电路是开关稳压电源的核心。

产生这种脉冲干扰的主要元件为:a.开关管。

开关管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容,当开关管流过大的脉冲电流(大体上是矩形波)时,该波形含有许多高频成份;同时,开关电源使用的器件参数如开关功率管的存储时间,输出级的大电流,开关整流二极管的反向恢复时间,会造成回路瞬间短路,产生很大短路电流,另外,开关管的负载是高频变压器或储能电感,在开关管导通的瞬间,变压器初级出现很大的涌流,造成尖峰噪声。

开关电源的电磁干扰问题研究与解决方式

开关电源的电磁干扰问题研究与解决方式

开关电源由于本身工作特性使得电磁干扰问题相当突出。

从开关电源电磁干扰的模型入手论述了开关电源电磁兼容问题产生的缘故及种类,并给出了经常使用的抑制开关电源电磁干扰的方法、滤波器设计及参数选择。

关键词:开关电源;电磁干扰;分析与抑制0 引言最近几年来,开关电源以其效率高、体积小、输出稳固性好的优势而迅速进展起来。

可是,由于开关电源工作进程中的高频率、高di/dt和高dv/dt使得电磁干扰问题超级突出。

国内已经以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证,使得对开关电源在电磁兼容方面的要求加倍详细和严格。

现在,如何降低乃至排除开关电源的EMI问题已经成为全世界开关电源设计师和电磁兼容(EMC)设计师超级关注的问题。

本文讨论了开关电源电磁干扰形成的缘故和经常使用的EMI抑制方式。

1 开关电源的干扰源分析开关电源产生电磁干扰最全然的缘故,确实是其在工作进程中产生的高di/dt和高dv/dt,它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。

工频整流滤波利用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流都是这种干扰源。

开关电源中的电压电流波形大多为接近矩形的周期波,比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。

关于矩形波,周期的倒数决定了波形的基波频率;两倍脉冲边缘上升时刻或下降时刻的倒数决定了这些边缘引发的频率分量的频率值,典型的值在MHz 范围,而它的谐波频率就更高了。

这些高频信号都对开关电源大体信号,尤其是操纵电路的信号造成干扰。

开关电源的电磁噪声从噪声源来讲能够分为两大类。

一类是外部噪声,例如,通过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射对开关电源操纵电路的干扰等。

另一类是开关电源自身产生的电磁噪声,如开关管和整流管的电流尖峰产生的谐涉及电磁辐射干扰。

如图1所示,电网中含有的共模和差模噪声对开关电源产生干扰,开关电源在受到电磁干扰的同时也对电网其他设备和负载产生电磁干扰(如图中的返回噪声、输出噪声和辐射干扰)。

开关电源的干扰

开关电源的干扰

开关电源的干扰对于开关电源的干扰,首先要清楚干扰源的特性、干扰的通道和传播方式。

开关电源因为体积小、重量轻、效率高、可靠性好而被广泛应用。

但不同的应用场合对开关电源有着不同的要求。

例如,边远的农村常常因为用户用电量变化和发电设备工作的不稳定,造成电网波形失真严重、电压波动范围大,再加上配电系统接线的不规范,于是对开关电源构成了严重考验。

而在电气化铁路的沿线,当电力机车经过时,有着很强的电磁感应,会对附近的开关电源造成很强的电磁场干扰。

对于野外,特别是安装在较高建筑物或山顶上的开关电源设备,遭受雷击破坏的机会较多。

因此,就开关电源来说,内部的控制电路很容易受外界的电磁干扰,导致开关电源不能正常工作。

这样看来,开关电源必须具有很强的抗电磁干扰的能力(包括对雷击浪涌、电网电压波动、静电、电场、磁场及电磁场等的抗干扰能力),以确保其自身工作正常以及与之配套设备的工作稳定性。

与此同时,在开关电源内部含有开关功率管、整流及续流二极管、功率变压器,这些器件均工作在高电压、大电流和很高频率额情况下,工作时的电压和电流波形多数是方波,所以造成了很强的开关噪声。

它们会在开关电源的输入和输出端形成很强的共模和差模传导骚扰;还能进一步通过电源的输入和输出线路以及外壳向空中形成辐射,产生辐射电磁场骚扰。

这一切都能对周围的敏感设备造成干扰,引起它们工作异常。

功率开关转换电路是开关电源的核心,开关功率管和高频变压器是产生电磁干扰的主要器件。

脉冲的幅值大,工作的频带宽,而且谐波含量高,对抑制电磁干扰与提高开关电源的效率是一个很大的矛盾,因为频率高、功率大,电磁辐射强度必然大。

开关管的负载是高频变压器的一次绕组,属于电感负载。

电感负载的特点是电路在开通和关断的瞬间将产生极大的反问电流,称为通流。

这种电流将在变压器一次绕组的两端引发浪涌尖峰电压。

开关管在关断瞬间,由于一次绕组存在漏感,相当一部分电能不能传送到二次测,因此这部分电能将在开关管集电极的极间电容、电阻间形成带有尖峰电压性质的高频振荡,并叠加在关断电压上,形成能量很大的尖峰电压。

浅谈开关电源的EMI的相关问题

浅谈开关电源的EMI的相关问题
 关于开关电源的的EMI
 在开关电源中,EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显着的作用。

高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点,已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。

在开关电源应用于交流电网的场合,整流电路往往导致输入电流的断续,这除了大大降低输入功率因数外,还增加了大量高次谐波。

同时,开关电源中功率开关管的高速开关动作(从几十kHz到数MHz),形成了EMI(electromagnetic interference)骚扰源。

从已发表的开关电源论文可知,在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰,传导干扰还会注入电网,干扰接入电网的其他设备。

减少传导干扰的方法有很多,诸如合理铺设地线,采取星型铺地,避免环形地线,尽可能减少公共阻抗;设计合理的缓冲电路;减少电路杂散电容等。

除此之外,可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。

EMI干骚扰通常难以精确描述,滤波器的工业设计通常是通过反复迭代,计算制作以求逐步逼近设计要求。

1. 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等,外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。

开关电源电磁干扰分析及抑制

开关电源电磁干扰分析及抑制[日期:2005-11-15]来源:电源技术应用作者:王凡王志强[字体:大中小]摘要:开关电源由于本身工作特性使得电磁干扰问题相当突出。

从开关电源电磁干扰的模型入手论述了开关电源电磁兼容问题产生的原因及种类,并给出了常用的抑制开关电源电磁干扰的措施、滤波器设计及参数选择。

关键词:开关电源;电磁干扰;分析与抑制引言近年来,开关电源以其效率高、体积小、输出稳定性好的优点而迅速发展起来。

但是,由于开关电源工作过程中的高频率、高di/dt和高dv/dt使得电磁干扰问题非常突出。

国内已经以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证,使得对开关电源在电磁兼容方面的要求更加详细和严格。

如今,如何降低甚至消除开关电源的EMI问题已经成为全球开关电源设计师以及电磁兼容(EM C)设计师非常关注的问题。

本文讨论了开关电源电磁干扰形成的原因以及常用的EMI抑制方法。

1 开关电源的干扰源分析开关电源产生电磁干扰最根本的原因,就是其在工作过程中产生的高di/dt和高dv/dt,它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。

工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。

开关电源中的电压电流波形大多为接近矩形的周期波,比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。

对于矩形波,周期的倒数决定了波形的基波频率;两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数决定了这些边缘引起的频率分量的频率值,典型的值在MHz范围,而它的谐波频率就更高了。

这些高频信号都对开关电源基本信号,尤其是控制电路的信号造成干扰。

开关电源的电磁噪声从噪声源来说可以分为两大类。

一类是外部噪声,例如,通过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射对开关电源控制电路的干扰等。

另一类是开关电源自身产生的电磁噪声,如开关管和整流管的电流尖峰产生的谐波及电磁辐射干扰。

如图1所示,电网中含有的共模和差模噪声对开关电源产生干扰,开关电源在受到电磁干扰的同时也对电网其他设备以及负载产生电磁干扰(如图中的返回噪声、输出噪声和辐射干扰)。

小白必看 开关电源的EMC干扰就是这么产生的

小白必看开关电源的EMC干扰就是这么产生的
在开关电源产品的研发过程中,EMC问题是工程师所必需克服的难题之一,也是不同功率的开关电源所共同具备的一个棘手问题。

EMC又称为电磁兼容,而想要使设计的产品符合电磁兼容标准,就必须弄清楚开关电源的电磁干扰都是从哪里来的。

本文将会就常见的几种电磁干扰产生的方式,进行简要总结和分析。

 开关电路产生的电磁干扰
 在开关电源的EMC设计中,工程师首先需要避免的就是从电源的开关电路中所产生的电磁干扰问题,这也是开关电源的主要干扰源之一。

开关电路在结构方面主要由开关管和高频变压器组成,因此它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲,频带较宽且谐波丰富。

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,这种瞬变是一种传导型电磁干扰,既会影响变压器的初级,同时还会使传导干扰返回配电系统,造成电网谐波电磁干扰,从而影响其他设备的安全和经济运行。

 整流电路产生的电磁干扰
 在开关电源的EMC设计中,另一个较大的电磁干扰源就是整流电路。

在一些中小型电源的整流电路中,在输出整流二极管截止时都会有一个反向电流,它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。

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。

 高频变压器产生的电磁干扰。

开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法(最终版)

开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法(最终版)第一篇:开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法(最终版)开关电源EMI整改频段干扰原因及抑制办法开关电源EMI整改中,关于不同频段干扰原因及抑制办法:1MHZ以内以差模干扰为主1.增大X电容量;2.添加差模电感;3.小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。

1MHZ-5MHZ差模共模混合采用输入端并联一系列X电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决,1.对于差模干扰超标可调整X电容量,添加差模电感器,调差模电感量;2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制;3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107一对普通整流二极管1N4007。

5M以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法。

对于外壳接地的,在地线上用一个磁环串绕2-3圈会对10MHZ以上干扰有较大的衰减作用;可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔,铜箔闭环.处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。

20-30MHZ1.对于一类产品可以采用调整对地Y2电容量或改变Y2电容位置;2.调整一二次侧间的Y1电容位置及参数值;3.在变压器外面包铜箔;变压器最里层加屏蔽层;调整变压器的各绕组的排布。

4.改变PCBLAYOUT;5.输出线前面接一个双线并绕的小共模电感;6.在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数;7.在变压器与MOSFET之间加BEADCORE;8.在变压器的输入电压脚加一个小电容。

9.可以用增大MOS驱动电阻.30-50MHZ 普遍是MOS管高速开通关断引起1.可以用增大MOS驱动电阻;2.RCD缓冲电路采用1N4007慢管;3.VCC供电电压用1N4007慢管来解决;4.或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感;5.在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路;6.在变压器与MOSFET之间加BEADCORE;7.在变压器的输入电压脚加一个小电容;8.PCB心LAYOUT时大电解电容,变压器,MOS构成的电路环尽可能的小;9.变压器,输出二极管,输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。

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・113・
2008.1
浅议开关电源的干扰源
刘志雄
(湖北工业大学湖北武汉430068)
摘要:开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点,已经被广泛地应用于工业、国防、家用电器等各个领域。

随着开关电源工作频率的不断提高,印制电路板的走线和元件的布局不当等原因。

所产生的电磁干扰和低频噪声辐射将会对周围环境以及存在于周围空间中的设备、仪器带来危害。

了解开关电源的干扰源,可以方便设计人员采取有效的措施来降低开关电源的干扰程度和提高其抗干扰的能力。

关键词:开关电源干扰源尖峰电压谐波中图分类号:TM56文献标识码:A
文章编号:1007-8320(2008)01-0113-02
On the intruder of on-off power supply
Liu Zhixiong
Abstract :Because of the predominance in several facets,on-off power supply has been applied widely.With frequency of its working frequency,the position of wires and organs can affect ambient and equipments.Finding out its intruder can enhance the anti-jamming ability.
Key words :on-off power supply,intruder,aiguille voltage,wave
随着电子技术的高速发展,电子系统的应用领域越来越广泛,电子设备的种类越来越多,电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切。

它们对开关电源的要求越来越高。

电子设备的小型化和低成本化,促使开关电源朝着轻、薄、小和高效率的方向发展。

但随着开关电源工作频率的不断提高,印制电路板的走线和元件的布局不当等原因,它会产生各种干扰。

这些干扰将会严重地污染电网,影响邻近电子设备的正常工作。

尽量降低开关电源的电磁干扰,提高其使用范围,是从事开关电源设计时必须考虑的问题。

开关电源干扰的产生一般可分为两大类:一种是开关电源内部元件形成的干扰;另一种是由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰。

1开关电源的内部干扰
开关电源产生电磁干扰的原因较多,其中由输入整流器产生的电流高次谐波干扰和功率变换电路产生的尖峰电压干扰是主要原因。

1.1输入整流器
输入整流器的整流过程是产生电磁干扰最常见的原
因。

这是因为正弦波电源通过整流器后变成单向脉动电源,已不再是单一频率的电流,此电流可分解为直流分量和一系列频率不同的交流分量之和。

实验表明,谐波电流会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰,一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变,另一方面通过电源线产生射频干扰。

1.2功率变换电路
功率变换电路是开关电源的核心,它产生的尖峰电压是一种有较大幅度的窄脉冲,其频带较宽且谐波比较丰富。

产生这种脉冲干扰的主要器件是:
一是开关管,在正激式、推挽式、桥式变换器中,流过开关管的电流波形在阻性负载时近似矩形波,含有丰富的高频成分,这些高频谐波会产生很强的电磁干扰。

在反激变换器中,流过开关管的电流波形在阻性负载时近似三角波,高次谐波成分相对较少。

在开关管开通时,由于开通时间很短及逆变回路中存在引线电感,将产生很大的du/dt 和很高的尖峰电压;在开关管关断时,由于关断时间很短,也将产生很大的di/dt 和很高的尖峰电流,频带较宽且谐波丰富。

开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入、输出线传播出去而形成的干扰称为传导干扰;而谐
收稿日期:2007-10-12作者简介:刘志雄,(1973-),男,武汉市第一轻工业学校讲师,硕士,研究方向:电力与电子
湖南农机
HUNAN AGRICULTURAL MACHINERY
湖南农机2008.1
波和寄生振荡的能量通过输入、输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。

这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。

开关管是开关电源的核心器件,同时也是干扰源,其工作频率直接与电磁干扰的强度相关。

随着开关管工作频率的升高,开关管电压、电流的切换速度加快,其传导干扰和辐射干扰也随之增加。

在开关电源工作过程中,由初级滤波大电容、高频变压器初级线圈和开关管构成了一个高频电流环路。

开关管的负载是高频变压器初级线圈,它是一个感性负载,所以开关管通断时在高频变压器初级两端会产生尖峰噪声,轻者造成干扰,重者击穿开关管。

二是高频变压器,由高频变压器初级、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。

如果电容器滤波不足,则高频电流还会以差模方式传导到交流电源中去。

另外高频变压器的初级和次级间存在分布电容,初级的高频电压通过这些分布电容将直接耦合到次级上去,在次级的输出线上产生同相位的共模噪声。

如果输出线对地阻抗不平衡,还会转变成差模噪声。

开关电源中开关管的负载是高频变压器的初级线圈,是感性负载,所以在开关管通断时,在高频变压器初级线圈的两端会产生较高的浪涌电压,很可能造成与此同一回路的电子器件的损坏。

在开关管由原来的导通状态转为关断状态时,变压器的漏感所产生的反电势为E=-Ldi/dt。

反电势的值与集电极电流的变化率di/dt成正比,与漏感也成正比。

该反电势叠加在关断电压上,造成关断电压尖峰,形成传导性电磁干扰,既影响变压器的初级,还会传导到供电系统,影响其他用电设备的正常运行。

三是输出整流二极管,理想的二极管在承受反向电压时截止,不会有反向电流通过。

而实际上二极管正向导通时,其PN结内的电荷被积累。

当二极管承受反向电压时,PN结内积累的电荷将释放并形成一个反向恢复电流,它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。

开关电源工作时,输出整流二极管也处于高频通断状态,由高频变压器次极线圈、输出整流二极管和滤波电容构成了高频开关电流环路,向空间辐射噪声。

如果电容滤波不足,则高频电流将以差模形式混在输出直流电压上,影响负载电路的正常工作。

由于输出整流二极管在开关转换时频率很高,即由导通转变为截止的时间很短,在短时间内要让存储电荷消失,就会产生反电流浪涌。

由于直流输出线路中分布电容、分布电感的存在,使因浪涌引起的干扰成为高频衰减振荡。

能将反向电流快速恢复到零点的二极管称为硬恢复特性二极管。

由于反向恢复时间的因素,往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除。

一旦这个反向电流恢复时的斜率过大,在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高频干扰,其频率可达几十兆赫。

四是电容、电感器和导线,开关电源工作在较高频率,会使低频的元件特性发生变化,由此产生噪声。

在高频下工作的元件都有高频寄生特性,会对其工作状态产生影响。

高频工作时导线变成了发射线,电容变成了电感,电感变成了电容,电阻变成了共振电路。

当频率过高时,各元件的频率特性发生了相当大的变化。

为了保证开关电源在高频下工作时的稳定性,设计开关电源时要充分考虑元件在高频下工作时的特性,选择使用高频特性比较好的元件。

另外,在高频下导线寄生电感的感抗显著增加,由于电感的不可控性,最终使其变成一条发射线,也就成为了开关电源中的辐射干扰源。

2开关电源的外部干扰
开关电源外部干扰可以以共模或差模方式存在。

干扰类型可以从持继期很短的尖峰干扰到完全失电之间进行变化。

其中也包括电压变化(如电压的迭落、浪涌与中断)、频率变化、波形失真(电压的或电流的)、持继噪声或杂波及瞬变等。

开关电源外部干扰的类型如下表所示。

在以上表格列举的几种干扰中,能过通过电源进行传输并造成设备的破坏或影响其工作的主要是快速瞬变脉冲群和浪涌冲击波,而静电放电等干扰只要电源设备本身不产生停振、输出电压迭落等现象,就不会造成因电源引起的对用电设备的影响。

总之,开关电源产生电磁干扰的原因是复杂的、多方面的。

既有来自外界的因素,又有内部元件本身的影响;既有人为因素,又有自然因素。

设计开关电源电磁干扰时,一方面要防止开关电源对电网和附近的电子设备产生干扰,另一方面要加强开关电源本身对电磁干扰环境的适应能力。

参考文献:
[1]张占松;蔡宣三编著.开关电源的原理与设计[M].电子工业出版社.2004
[2]阮新波;严仰光编著.直流开关电源的软开关技术[M].科学出版社.2000
[3]倪海东;蒋玉萍编著.高频开关电源集成控制器[M].机械工业出版.2005
[4]钱振宇编著.开关电源的电磁兼容性设计与测试[M].电子工业出版社.2004
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