电子设备电源滤波技术与机理分析

摘要：本文从电子设备中并且在生产生活中应用非常之普遍的开关电源的原理进行了探讨。由于各种各样开关电源的工作原理都相似的原因，都被电磁干扰的问题严重困扰着。电磁干扰信号经传输和辐射对电子产品、通信设施等电磁污染严重。本文主要介绍了电磁干扰的传送方式和产生的机理的分析：一种是辐射的传输方式，另一种便是传导传输方式[1]。因此，本文从电磁干扰产生的机理出发，着重分析了各种开关电源的电磁干扰产生的原因，并且总结出了减少电磁干扰的办法。比如濾波技术、屏蔽技术和接地技术等。

关键词：开关电源；电磁干扰；抑制电磁

科学技术的发展是衡量一个国家的实力强弱的标准，所以我国要大力发展科技，大力支持科研。开关在生活中几乎应用到所有电气产品中主要是因为其体积小、质量轻、高效率、可靠性高等几大特点。在发展的道路上由于开关电源工作的条件是在高电流、高电压的恶劣环境下，并且向着高频大功率看齐。其功率密度的增长的原因，使电源内部矛盾激化。并且使得其走上电磁干扰严重的道路上。电磁干扰的严重程度影响着生产环境和生产设备以及人身安全，比如在医疗中的大型CT机，核磁共振机的应用不仅对病人的身体健康有着一定程度的损害，同样对于长期处于电磁干扰下的一户工作人员也有长期的伤害，所以在抑制电磁干扰和减少干扰是势在必行。随着国际的电磁干扰的法规的日益重视与探究，削减和抑制开关电源中的电磁发射所造成的电磁干扰成为探讨和研究的重要课题。开关电源存在电磁干扰的原因：由于开关电源在加工作业中产生高di/dt和高dv/dt，并产生浪涌电流和尖峰电压形成了强大的干扰来源。在这种干扰源的影响下，正常工作要么不能进行，要么会付出惨重的代价因此，这就是产生电磁干扰的最根本的原因。而在开关电源在工作时，电线正负快速的切换，在附近释放出辐射，因此产生大量辐射干扰。这些辐射都通过电源导线以其各种看不见的形式向外传导。并向大范围空间辐射出电磁能量[2]。

1 电磁干扰的分类及产生机理

1.1 电磁干扰的产生

开关电源的工作原理主要是先把工频交流整流成为直流，再逆变成为高频。随后通过整流滤波电路得到输出，这时得到的便是稳定的直流电压，这使得开关电源产生大量的电磁干扰。开关电源主要在电压、电流变化大的时候出现电磁干扰，这种干扰必然出现的，而且只能抑制或者减弱并不能彻底消除。这种干扰主要突出表现在开关管、三极管、高频设备等上面。开关电路不仅仅是开关电源的核心，并且还是开关电源的主要电磁干扰源之一。它主要是由开关管和高频变压器组成的重要电子器件。而且开关电源在不同情况下容易产生高频、传导、共模等不同的干扰。

1.2 电磁干扰的传输

电磁干扰的传输方式有传导传输和辐射传输两种。在开关电源的开通与断开产生的则是传导传输干扰，而传导干扰又有共模和差摸两种干扰。差模干扰则是在电源正负之间产生的对称性干扰；而共模则反之，是电源正负之间非对称干扰。而辐射干扰是干扰信号通过某种介质以电磁波的形式进行干扰的传播方式[3]。

2 开关电源的电磁干扰抑制技术

目前开关电源对于抗干扰的技术已经取得前所未有的突破性成就，比如EMI抑制技术除了屏蔽、接地等常用技术。EMI滤波器技术、共模干扰源抑制技术等一些新技术也已经趋于成熟，可以有效的解决目前的一些棘手的问题。这些新技术有利于我们国家的发展和未来前景。

电源滤波器高频插入损耗的重要性：大多数人都认为，传导发射极限值的频率上限为30MHZ，没有必要对滤波器的高频衰减提出要求。这是很多人的错误理解，恰恰是因为存在这种错误的概念，使很多人在使设备电磁兼容满足标准的时候绕了不少弯道，并且花费了大量的时间和经费。

2.1 电源滤波技术

在滤波器的选用上面也得注意很多方面，比如耐压性、额定电流、屏蔽和可靠性等等。并且从滤波器的安装方面出发，安装是否正确也是对插入损耗影响特别大；只有按照正确的安装方法安装恰当才能起到预期滤波的效果，才能有效的达到预期效果。

2.2 电磁干扰屏蔽技术

抑制电磁干扰的另一种有效方法便是屏蔽。屏蔽一般分为静电屏蔽和电磁屏蔽两种。静电屏蔽主要抑制静电场和恒定磁场的干扰，电磁屏蔽则是预防交变磁场、电场以及交变电磁场的电磁干扰[4]这两种有效的屏蔽已经熟悉运用于各个应用成所。而且在某种特殊的情况下采用电磁干扰屏蔽技术能够从根本上去抑制开关电源产生的电磁辐射干扰。比如一些经常有大功率的损耗的需要安装屏蔽在电源地板。在安装时需要良好的绝缘片进行绝缘，这样做的目的是让两板上产生分布电容，在绝缘片在接地的情况下，直接斩断了传播的途径。有效的抑制了电磁干扰。

2.3 PCB技术的介绍

PCB技术主要包括了PCB布局、布线、接地三方面。PCB技术主要是减少了PCB的电磁辐射和PCB上电路的一系列干扰，而解决辐射干扰问题的关键是在于缩小通路的面积，开关电源元器件上则需要在布局上更加紧密分布排列电场和电磁。布线则必须增大线间距离，降低输入阻抗采用静电屏蔽来屏蔽电磁干扰。

2.4 接地技术概述

接地技术，顾名思义就是将系统某电接地导电。采用良好的接地一方面可以保护人身安全和设备完好，另一方面还可以非常可观的抑制电磁干扰。而如果让接地和屏蔽有效的结合起来，便能解决大部分目前棘手的EMI问题。例如让静电屏蔽系统再接地便可以抑制电场的干扰；静电系统不接地可能出现“负静电屏蔽”效应，所以接地还能有效避免“负静电屏蔽”效应的发生。接地还可以为电路回路中提供稳定的参考电位。所以，为了系统的安全，生活中大部分都有接地的習惯。

3 结论

在电力电子线路中的电磁干扰问题中，始终较为复杂的情况困扰着我们。在历史的道路中，经过大家的研究和探讨，有了很多进步和成果。电磁干扰技术仍然是比较复杂的技术，在本文中主要对电子设备中的开关电源电磁干扰技术进行了探讨，介绍了传输的几种途径和抑制电磁干扰技术的方法。而其他电子设备中的电磁干扰、辐射等问题也值得深入探讨。

参考文献：

[1]彭应归.开关电源的干扰及其抑制[J].中国电子商务，2014（5）.

[2]白丽华.开关电源的干扰及其抑制[J].科技信息，2013（10）.

[3]卞荣.开关电源电磁干扰的研究及其 EMI 滤波器设计建议[J].科学与财富，2014（4）.

[4]胡义贵.刍议开关电源的干扰问题[J].科技探索，2012（12）.

作者简介：刘永峰（1979），男，大丰人，汉族，大学本科，中学一级职称，研究方向：电子应用。