开关电源电磁干扰分析及抑制

王勋宝 倪明 陈建平 陈敬贤 李泽

摘 要：微电子技术发展迅速，在各行各业中开关电源技术已经被普遍使用。随着开关电源技术的广泛应用，更多的电气设备得以快速的应用到生产生活中来，一些技术性能相对较高的电器设备在使用时，需要相当稳定的电力供应，所以我们要努力解决开关电源的电磁干扰问题，使开关电源自身性能得到稳定的提升，保证供电电路的稳定性，使电气设备能够正常的运转。

关键词：开关电源;电磁干扰;抑制

1开关电源工作机理和电磁干扰原理

1.1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。

1.2电磁干扰的作用原理

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频变压器电路。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。

2开关电源的电磁干扰抑制措施

2.1屏蔽技术

屏蔽是我们日常生活中都能接触到的物理原理，包括中央一套《加油！向未来》的节目中验证了特斯拉线圈的实验。电磁屏蔽的原理是通过加装屏蔽体来削弱甚至完全阻挡电磁能量。在开关电源的电磁屏蔽中，分为两个部分：

（1）对产生电磁干扰的元器件进行屏蔽;

（2）对容易受到电磁干扰的元器件进行屏蔽。

开关电源中，产生电磁干扰的元器件一般是变压器、电感器以及各种功率器件，对于这些元器件的电磁屏蔽，可以使用铜板或者铁板围绕起来，从而削弱其产的电磁干扰。对于容易受到电磁干扰的元器件也可以采用相同的办法进行屏蔽。另外，还可以通过整体屏蔽的方法，使用强导电性的材料把开关电源整体围绕起来，从而防止其中产生的电磁干扰向外扩散。在应用整体屏蔽时，需要注意以下两点问题：

（1）屏蔽材料的接缝、电线以及输出端子的接口都很容易发生电磁泄漏，在应用整体屏蔽时需要着重处理;

（2）整体屏蔽需要将开关电源整体围绕在屏蔽体中，这就会导致散热出现阻碍，相应的，设备成本也会增加。

2.2滤波技术

通过《整流和滤波》部分的学习，我们可以知道滤波技术可以应用到开关电源传导干扰的抑制中。通过学习其他资料了解到开关电源的传导干扰包括共模干扰和差模干扰两种，共模干扰出现在相线和地线以及中线和地线之间，共模干扰的电流会在相线和中线内部同时出现，大小和方向都相同。差模干扰出现在相线和中线之间，差模干扰的电流同样会在相线和中线内容同时出现，大小相同，但是方向相反。滤波技术无论是对差模干扰还是共模干扰都有很好的抑制作用，由于共模干扰和差模干扰一般会同时出现在开关电源传导干扰中，所以在加装滤波器时一般会将共模滤波和差模滤波同时考虑在内。实践发现，对于内阻较高的干扰源，滤波器输入阻抗需要设计低值，对于内阻低的干扰源，滤波器输入阻抗需要设计高值;负载电阻高时，滤波器输出阻抗需要設计低值，负载电阻低时，滤波器输出阻抗需要设计高值。

2.3接地技术

接地技术是广泛应用的一项物理技术，同时也是漏电保护中很常用且效果很好的一种技术。开关电源中的接地属于屏蔽接地。在设计屏蔽接地时，需要注意以下几个方面。

（1）开关电源的接地包括交流接地和直流接地，必须将两者严格分离，一般采用浮地技术将开关电源的直流地和交流地分隔开，从而来屏蔽交流电源地线所产生的干扰。

（2）功率地和弱电地要分开。功率地应用于是负载电路或者功率驱动电路，电流和电压都很大，因此很容易产生干扰，必须和其他弱电地分隔开。

（3）地线直径尽量大。直径小的地线会导致接地电位随电流变化而变化，从而进而影响抗噪声性能。

2.4电路措施

（1）开关电源中电磁干扰的产生主要是忧郁电压和电流的短时间大幅度变化，因此，在抑制电磁干扰时，可以通过设计吸收电路，分散能量，降低电路中的电压和电流变化幅度。

（2）在原有的硬开关电路中设置电感和电容，通过其谐振特性，能够有效减少电压和电流的重叠，从而降低电磁干扰。

（3）在开关电源设计中，尽量选择不容易产生、传导以及辐射电磁干扰的元器件。开关电源的电磁干扰一直是影响电路性能的一大问题。通过资料的学习和分析，在开关电源的电磁干扰抑制中可以结合实际情况综合使用多种电磁干扰抑制措施，这样才能发挥最大的作用，有效保证电子设备的正常工作。

3结束语

开关电源的应用越来越广泛，在其设计运行过程中会产生相对严重的电磁干扰，电磁干扰会破坏整个电路运行的稳定性，因此相关技术人员要深入研究电磁干扰抑制技术，并结合实际情况对其产生的原有进行具体分析，通过合理的增加相关的技术设备，来减少电磁干扰对电路的影响，本文从多个方面阐述了开关电源工作中产生电磁波的原因及应对方法，我们要对影响开关电源稳定性的因素进行综合分析，充分的结合多种技术来制定电路的设计方案，有效的控制和消除电磁干扰给电路带来的不利影响。

参考文献：

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（上海机电工程研究所， 上海 201109）