开关电源电磁干扰及其抑制技术的分析

钱忠源

【摘 要】论文的研究内容是明确开关电源产生电磁干扰的危害以及电磁干扰的作用原理，通过分析研究相应的抑制技术，提高开关电源对电磁干扰的阻抗水平。通过论文的研究得知，阻抗电磁干扰可采用的抑制技术可以从滤波抑制、软开关抑制、屏蔽抗干扰、共模电磁干扰的有源抑制四个方面着手，希望论文的研究能够为我国相关电气工作者提供参考性意见。

【Abstract】The research content of this paper is to make clear the harm of electromagnetic interference caused by switching power supply and the action principle of electromagnetic interference， and to improve the impedance of switching power supply to electromagnetic interference by analyzing and studying the corresponding suppression technology. According to the study of this paper， we know that the suppression technology can be used in the impedance electromagnetic interference from the filter suppression， soft switching suppression， shielding anti-interference， the active suppression of common-mode electromagnetic interference. It is hoped that this study can provide reference for the relevant electrical workers in China.

【关键词】开关电源;电磁干扰;抑制技术

【Keywords】 switching power supply; electromagnetic interference; suppression technology

【中图分类号】TN86                                       【文献标志码】A                                     【文章编号】1673-1069（2018）10-0135-02

1 引言

目前我国的开关电源正呈现小型化、高频化的发展趋势，其在电磁兼容性上具有优异表现。由于开关电源在正常运行工作的情况下，会产生较为严重的电磁干扰，其对电网会造成一定程度的污染，并且对电气设备的安全使用产生极大的危害。因此，进行开关电源对电磁干扰的阻抗研究时，应采用科学、合理的抑制技术，以此有效防范电磁干扰，保证电气设备能够稳定运行，保障电网系统性能的稳定、高效。鉴于此，本文的研究不仅对提高我国开关电源阻抗电磁干扰水平具有理论意义，同时还对提高我国电网稳定运行水平具有现实意义。

2  开关电源产生电磁干扰的危害

电磁兼容性不足是开关电源产生电磁干扰的主要原因，电磁兼容性不足使得电子设备电磁的辐射传导电路受损，进而产生电磁干扰。在现今开关电源小型化、高频化的发展趋势之下，开关电源自身的噪声源也会产生大量的传导性电磁干扰，这些电磁干扰将对电子系统及设备造成不良影响[1]。大量传导性电磁干扰的出现将造成空间人为电磁干扰能量的大数额增长，并且日益恶化的电磁环境对社会日常的生产活动造成较大的损失。

3 开关电源工作机理和电磁干扰原理

3.1 开关电源的工作机理

开关电源的组成包括如下部分：主电路;监测电路;控制电路;辅助电路。主电路包括整流器、滤波器以及逆变器等三个部分;控制电路可以采集数据电流，进行数据对比分析后改变逆变器的控制，之后可以调节电流变化的频率以及脉宽，从而可以保证电路运行的稳定性;检测电路的工作运行目标是保护系统参数，并且通过仪表盘的形式体现出来;辅助电源则可以保证电源路径的顺利运行。电源所供给的能量及负载具有不定时、间断的特点，为使开关电源能够进行持续不间断的电能供应，设计人员需为开关电源设置配套的电能设备，在开关连接状态时进行电能的储存工作，储存的电能用于开关断开时维护系统正常运行。

3.2 电磁干扰的作用原理

电磁干扰是存在于电路间的无用电磁信号，其对电气设备的日常运行有着严重的干扰，开关电源本身具有大量的谐波干扰以及潜在的电磁干扰，并且集中表现在电压、电流的变化之中。电磁干扰作用原理如下：①电磁干扰普遍存在于开关电路，而开关电源的核心组成部分为管道以及高頻变压器电路。该核心具有较大的脉冲电磁电压以及相对变化较多的谐波。高频变压器初级线圈是开关管的负载，连接和断开的瞬间会在开关电源中产生较大的电压脉冲，电流瞬间受到磁化冲击，这是电磁干扰的传导性质体现。②电磁干扰产生于整流电路，连接状态下的整流电路二极管会产生较强电流值的正向电流，在开关断开的瞬间，这股正向电流将受到反电压的影响，转变为反向电流，并且该反向电流中存在相对较多的高频率谐波分量，电磁干扰由于这种强烈的电流变化而产生。③高频电压器中同样存在电磁干扰，其电流环路是由管道、初级线圈以及滤波电容共同构成，该环路存在空间辐射。电容中的高频阻抗会在电流滤波电容不足或性能较低的情况下，将频率不相符的电流传导到交流电源当中，进而产生电磁干扰。

4 开关电源电磁干扰的抑制技术

4.1 滤波抑制技术

较为常用的电磁干扰抑制技术之一就是滤波抑制技术，其具体应用方式为：将滤波器接在开关电源的输入接口处，对开关电源电网中产生的干扰信号产生阻抗作用，这种干扰信号会对电路的传导产生干扰。干扰的非对称性体现就是共模干扰，这种干扰产生的主要原因是电网噪声和干扰信号对地的电位共同构成的，因此，共模干扰不仅具有频率幅度大的特点，并且具有较强的干扰性[2]。差膜则与共膜的情况呈现相反的特征，并且主要是指对称性的干扰，通过电路的转换，可以实现对信号耦合的调节，从而保证系统的稳定性，另外，电磁场产生后，会造成电路产生不平衡的电压，这种情况在添加抗干扰滤波器后，干扰信号就会得到有效抑制。因此，差模干扰因为幅度小、频率低的特点，导致自身干扰性较小。

4.2 软开关抑制技术

软开关抑制技术是一种利用控制和谐振技术，断开和连接电路的先进抑制技术。这种技术能够针对现今电源开关小型化、高频率的发展特点对开关的噪声及机械损耗进行有效控制，进而使开关电源的使用寿命得到显著提高。软开关针对原有开关的基础增加了电感应以及电容等组件，可以在一定程度上减少电流以及电压产生的重叠，通过改进电路，可以降低噪声，而软开关技术则包括下列技术：①准谐振变换器;②PWM变换器（零开关）;③谐振变换器;④PWM变换器（零转换）。准谐振变换器是在PWM开关上附加谐振元件控制技术，谐振类型变换器是在参考标准类型的PWM变换器基础之上，将谐振网络添加到变换器之中，从而实现开关的零电压电流[3]。零开关PWM通过将谐振利用到开关当中，进而实现电流的换相。除此之外，还需要将PWM方式运用到实际电路。通过零转换PWM变换器，构建谐振网络，以此构成一个零转换的转换条件。在软开关技术中要注意辅助电路的添加及实现，才能有效抑制开关电源的电磁干扰。

4.3 屏蔽抗干扰技术

通过对开关电源传播空间中产生磁场和电场采用相应的屏蔽抑制措施，能够有效抑制电磁场造成的电磁干扰，具体屏蔽抑制措施为：在电磁干扰源头与受干扰物之间建立一片片的间隔片[4]。这种抑制技术能够减少电磁波的产生，抑制静电场及恒定磁场的干扰，有效降低电磁场对开关电源的干扰影响。

4.4 共模电磁干扰的有源抑制技术

由于共模干扰主要是存在于电流载体和大地间的电磁干扰，因此共模干扰也被称作不对称干扰、接地干扰[5]。有源抑制的技术应用思路具体为：在主回路中进行噪声电压的提取，通过提取与开关电压噪声电压波形相反的电压，使得开关电源在正常工作的情况下，让频率段位比较长的共模干扰得到消除，这种有源抑制技术由于其直接作用于电磁干扰源的特性，使得其是一种实用效率较高的电磁干扰抑制技术。

5 结论

本文的研究结果是通过采用抑制技术能够有效阻抗开关电源中的电磁干扰，由此本文对以下几种抑制技术进行详细研究：滤波抑制技术、软开关抑制技术、屏蔽抗干扰技术、共模电磁干扰的有源抑制技术。开关电源在信号的传输过程中会产生电磁干扰是一种正常的电磁现象，但是其对电气设备的稳定运行有着极大的危害，并严重影响了我国电气事业的发展。因此，选择合适的抑制技术，是电气系统稳定运行的保障。

【参考文献】

【1】梁博，刘春富，冯文彬.煤矿用传感器开关电源电磁干扰抑制方法[J].煤矿安全，2017，48（3）：95-98.

【2】李乃飞.开关电源电磁干扰引起指示波动分析[J].石化技术，2017，24（3）：64-64.

【3】楊松荣，冯裕财，陈乐乐.开关电源电磁兼容性发展现状及整改探究[J].中国新通信，2018，16（5）：35.

【4】孟春林，张海涛.开关电源电磁兼容技术的思考[J].科技风，2017，35（18）：205-205.

【5】邸净宇，王雅静，刘斌，等.开关电源电磁兼容性试验出现的问题分析与整改[J].电子世界，2017，13（20）：127-128.