电磁干扰对开关电源的影响与抑制技术研究

邓琅

摘 要：在电力电子技术与功率器件的发展之下，开关电源在各类工业领域中得到了应用，开关电源有着可靠性高、效能高、重量轻、体积小的优势，在各类电气产品中都表现出了良好的应用效果。但是，由于开关电源在大电流、高电压环境下工作，因此，必然会受到电磁干扰的影响。该文主要针对开关电源的电磁干扰类型与抑制技术展开分析。

关键词：开关电源 电磁干扰 抑制技术

中图分类号：TN86 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）12（b）-0066-02

开关电源是现在电子设备最常见的一种电源装置，具有低能耗、高效率、体积小等独特的优点，电源开关主要运用在计算机、机电设备、各种表盘仪器、通信设备和家用电器等装置中，其使用性能的好坏直接影响到整个系统安全性和可靠性。开关电源直接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。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新。目前，开关电源以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

1 开关电源电磁干扰的产生机理

1.1 二极管的反向恢复时间导致的电磁干扰

高频整流回路中的正向二极管导电时会有强大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向阻拦时，因为PN结中有许多的载流子反复积累，所以在载流子存在的一段时间内，电流无法正常通过会出现反向电流，导致载流子消失的反向恢复电流瞬间减少而发生很大的电流变化，从而产生电磁干扰。

1.2 开关管工作时产生的谐波干扰

通常情况下，功率开关管在进行导电时，都会有较大的脉冲电流流过。比如正激型、推护型和椅式变换器的输入电流波形在承受负载时可以看作是矩形波，其中含有大量的高次谐波电流。当运用零电流、零电压开关进行控制时，这种谐波干扰就会快速减小。除此之外，功率开关管在有效工作期间，高频变压器绕组漏感导致的电流突变，是产生尖峰干扰的主要因素。

1.3 交流输入回路产生的干扰

无工频变压器的开关电源输入端，二极管在反向导电过程中会导致高频衰减振荡从而产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰信号，经过开关电源的输入输出接口传播出去而产生的干扰称为传导干扰；但是余波和寄生振荡的电流，通过输入输出接口以后，就会在空间产生不稳定的电场和磁场，这种由于电磁辐射变化产生的干扰称为辐射干扰。

1.4 其他原因

相关元件的工作参数，开关电源的工作原理设计方案不够完美，印刷线路板（PCB）走线一般都是使用手工操作，存在非常大的随意性，PCB的磁场受到较大的干扰，并且印刷板上零件的安装、拜访以及位置的不准确在一定程度上都会产生EMI干扰。在电力电子操作系统中，主要的干扰源是功率转换部分和变压器部分；虽然噪声频谱范围很广泛，但是其最主要的分布区域还是在低频段。功率变换装置和控制模块通常都安装在相同的PCB上。前者在多数情况都会产生干扰源；后者则属于弱电装置，是敏感设备。PCB走线一般都是使用手工操作，存在非常大的随意性，因而增加了PCB分布参数的范围和近场干扰的实际难度，所以控制模块很可能会在受到干扰后无法正常工作。

2 开关电源工作时的干扰源及抑制

2.1 开关电源工作时的干扰源

产生干扰的来源非常广泛， 比如外来干扰、机械振动、电路设计紊乱、元件选取错误以及结构分布或布线不正确导致的电源噪声增大等。 在开关稳压器中， 功率三极管和二极管在开-关启动过期间所产生的射频能量，成为干扰的主要来源之一。 由于频率比普通的干扰源较高， 它用电磁能的方式直接向空间产生辐射， 或者转换成干扰电流的方式沿着输入、输出端口的导线传送。开关电源工作时所产生的高频率谐波混入公用电网， 对运用公用电源的其他电子设备到来强烈的干扰， 同时其自身也受到来自公用电网及空间电磁信号的的干扰和影响。

2.2 噪声源的抑制

2.2.1 采用有源滤波器

一般情况下有源滤波器能使用容量较小的滤波电容来实现较好的滤波效果。电路是一种有源滤波器装置。它是管局晶体管的电流放大效益， 通过把发射极的电流挤压到基极， 然后再基极回路中进行滤波。二极管和三极管组成的滤波器使基极纹波非常小， 这样射极纹波也很小。 由于二极管的容量小于三极管， 减少了电容的电阻。这种方式一般情况下適用于低压小功率电源。

2.2.2 采用双变换器方式

在开关电源中运用双变换器方式进行高次谐波的控制是目前使用最广泛的方法。通常的双变换器方式，使用前级的升（ 降） 压斩波器，在输入电流波转换成正弦交流电以后，由PFC 电路对其功率进行控制和完善，同时应用后级的DC- DC变换器进行稳定的电压输出和控制。实际上，变换器承担了有源滤波器的作用。这种方式特别适合高压大功率电源。

2.2.3 采用零电压开关、零电流开关电路

使用零电压、零电流开关技术能够使高次谐波得到抑制，同时还能增强EMI信号抑制能力。开关电源在开关工作时， 由于储能装置的储存及释放电能是导致电磁干扰的主要原因，所以，如果能实现开关电源在零电压、零电流时进行转换， 就能够避免电磁干扰的出现。

2.3 应用软开关技术

近年来，软开关技术的应用也逐渐成熟，在开关电路中也体现出突出的优势，应用这一技术，零开关PWM变换器、谐振变换器、零转换PWM等软开关技术诞生。以谐振变化器为例，利用这一技术可以实现开通与关断软开关技术，要实现软开关技术，必须要借助辅助电路，电流变化与高电压辅助支路的应用会导致电路EMI增加，但是关于这一技术的应用还不广泛，需要进一步展开研究。

3 结语

在设计开关电源时应综合考虑各种因素，尽可能抑制开关电源的各种噪声。总而言之，为了减小电磁干扰对于开关电源造成的影响，需要采用综合性的技术措施，从干扰源、传播途径以及干扰设备来着手，保证开关电源的运行环境。

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