雷达系统开关电源电磁兼容技术研究

海军701工厂

一、雷达开关电源电磁兼容问题产生的机理及特点

干扰的电磁源头从哪里来，干扰的电磁怎样传播，什么样的设备易被干扰，是雷达开关电源电磁兼容研究的主要内容。

雷达开关电源是将交流电转化成直流电进行输出，其过程需要使用输入整流滤波电路（交流电输入），功率变换电路（高频逆变），输出整流滤波电路（直流电压输出），以及控制电路。功率变换电路工作时，电路中的设备会进行高频运转，导致出现高噪音，形成对雷达系统的干扰，而雷达收发的无线电波和雷达系统中的其他部件运行时又会对开关电源的众多控制电路进行干扰，这样一来，开关电源就成了既是易被干扰设备，又是干扰电磁的源头。

（一）电磁的干扰源头

脉宽调整管、半导体二极管、高频开关电源变压器等设备是开关电源中主要电磁干扰源头。

1.整流电路电磁干扰的源头

开关电源的二极管整流桥堆电路运行时，瞬时输入电流可高达150 A，对电压波形造成极严重影响，高峰值脉冲电流会在大电容充电时出现，并伴有高频谐波分量（一个周期电气量的傅立叶级数中次数大于一的整数倍分量），传输电路沿线会被其干扰，整个电网都将受到严重的影响。另外，高频率运行状态下的开关电源，使得二极管导通，截至速率过高，因此产生的反向浪涌电流的高频震颤会形成电磁干扰。

2.开关电路电磁干扰源头

脉宽调整管在高频次的打开、闭合中会使电压和电流发生极大的瞬间变化，过程中的噪音成为电磁干扰源头，此过程还将部分能量传导至电路中并产生衰减震荡，与脉宽调整管电压共同作用，使电压出现极高的波峰值，这种情况不仅会损伤脉宽调整管本身，也同时是更强烈的电磁干扰源头。

3.高频变压器电磁干扰源头

高频变压器中能量传递所产生的震荡，与脉宽调整管和电容共同作用有可能出现空间辐射干扰源头。

（二）电磁干扰的传播

1.经由电路的各种线路将电磁传输出去，形成对雷达系统的干扰，这种传播方式分共模干扰和差模干扰两种，此两种干扰在复杂的线路中共存，并相互影响，反复更替。

2.开关电源的主要元件都会通过产生电磁波辐射，这种干扰利用空间磁场和空间电场辐射出去，影响雷达系统正常运行。

3.雷达开关电源的所有组成物件都能做为通道，被电磁波利用，进行干扰输出。

（三）开关电源受干扰特点

开关电源在电磁传播方面是干扰的源头，而在整体雷达系统环境中又容易被其他设备干扰，雷达系统组成复杂，各元器件释放电磁波强度各异，低于开关电源电磁敏感度下限的电磁波会通过线路和辐射对其干扰，但通常来说，雷达系统各个干扰源头的电磁强度都会触及开关电源，开关电源只有通过调整自身电磁敏感度的范围来对干扰进行抵御。

二、开关电源电磁兼容性设计

雷达开关电源的设计如何做到具备兼容特点？总体方针应该是，电磁波降强度，传播媒介搞阻断，抗扰能力图加强。而且，为了降低解决开关电源兼容性问题的难度，不要在开关电源已经参与到雷达系统运行后再去想办法，应在开关电源设计时就进行完善。

（一）开关电源构造的控制技术

1.主电路控制技术

开关电源的主要干扰来源是开关高频开闭时电流的剧烈变化，可以利用软开关电路解决这一问题，部件中使用热敏电阻和热敏电感，开关电源运行时电压可被逐步提升，缓解电流、电压剧烈波动，提高开关电源性能的同时也大大的降低了电磁的干扰。不过也应同时预防附加线路所形成的电磁干扰源头，使设计整体符合兼容性。

2.功率因数校正技术

开关电源整流滤波电路输入交流电时，电流波形受非线性负载影响发生不规则变化形成脉冲波形，此时功率因数过低，大量的谐波分量出现使得其他设备处在被污染的电网内，并不断遭受干扰[1]。为了完善这一弊端，就得使功率因数提高，谐波分量减少，因此，开关电源的兼容性设计必须要涵盖功率因数校正电路。方法有两种，分别是有源功率因数校正和无源功率因数校正，从实际效果看，有源功率因数校正被使用得占比更多，效果也相对更好。

3.吸收电路技术

将吸收电路（电阻、电容、二极管）与开关电源的脉宽调整管或高频整流二极管并联，利用电感电流和电容电压不能突变的性质缓解单位时间电流和电压的上升速度，从而起到保护开关电源并降低激烈波动所带来的强力电磁波干扰。

4.元器件布局和印制板布线

通常状况下，印制板中的线路面积越大，开关电源的干扰越强，所以，合理的源器件和线路分布是减少干扰的有效手段，另外，输入、输出交流电线的取材和分布位置要做特殊考虑，以免出现负面影响[2]。

（二）滤波电路技术

当电流流经滤波电路（串联或并联的电容、电感）时，感应电动势可自动调节电流，将过大的电流转换成能量储存下来，并在其反作用力下减慢电流持续超标，电流量过小时，又能将储存的能量释放，合力补充电流。这样的处理可使流经开关电源的电流波形稳定，脉宽减小，有力的减小电磁干扰。

（三）屏蔽技术

雷达开关电源的电磁干扰可通过空间进行发散，为了抑制这种传播方式，应采取有效的屏蔽手段。我们都知道，金属材质可以反射电磁波和吸收电磁波，利用这一性质，把开关电源的内部元件和外部整体分别用金属包裹起来，就能屏蔽其对外的辐射干扰[3]。另外需要注意的是，地线的合理设置，屏蔽效果的好坏，它也起着非常重要的作用。

随着科学技术的创新，更加完善的电磁兼容材料、产品、技术也将不断的涌现出来，雷达开关电源兼容性的问题终将得到根本解决。

三、结语

雷达系统已经被广泛的应用于生产生活和军事上，其性能的好坏决定了很多重要事情的结果，开关电源作为雷达系统的重要组成，也担负着重要的使命，对于它的科学研究不应停下脚步，面对其使用效率，优化成本等等的兼容性问题还有许多，如何完善其应用技术还需要不断的研究、总结、创新。