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上海妙定電氣有限公司

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如何抑制開(kāi)關(guān)電源的干擾

2018-8-24  閱讀(1056)

0、引言

開(kāi)關(guān)電源作為電子設(shè)備的供電裝置,具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn),在數(shù)字電路中得到了廣泛的應(yīng)用,然而由于工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài),屬于強(qiáng)干擾源,其本身產(chǎn)生的干擾直接危害著電子設(shè)備的正常工作。因此,抑制開(kāi)關(guān)電源本身的電磁噪聲,同時(shí)提高其對(duì)電磁干擾的抗擾性,以保證電子設(shè)備能夠長(zhǎng)期安全可靠地工作,是開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)重要課題。

1、開(kāi)關(guān)電源干擾的產(chǎn)生

開(kāi)關(guān)電源的干擾一般分為兩大類:一是開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部元器件形成的干擾;二是由于外界因素影響而使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。兩者都涉及到人為因素和自然因素。

1.1開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部干擾

開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的EMI主要是由基本整流器產(chǎn)生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾。

1.1.1基本整流器

基本整流器的整流過(guò)程是產(chǎn)生EMI常見(jiàn)的原因。這是因?yàn)楣ゎl交流正弦波通過(guò)整流后不再是單一頻率的電流,而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量,諧波(特別是高次諧波)會(huì)沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾,使前端電流發(fā)生畸變,一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變,另一方面通過(guò)電源線產(chǎn)生射頻干擾。

1.1.2功率變換電路

功率變換電路是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的核心,它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要元器件為

1)開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容,當(dāng)開(kāi)關(guān)管流過(guò)大的脈沖電流(大體上是矩形波)時(shí),該波形含有許多高頻成份;同時(shí),關(guān)電源使用的器件參數(shù)如開(kāi)關(guān)功率管的存儲(chǔ)時(shí)間,輸出級(jí)的大電流,開(kāi)關(guān)整流二管的反向恢復(fù)時(shí)間,會(huì)造成回路瞬間短路,產(chǎn)生很大短路電流,另外,開(kāi)關(guān)管的負(fù)載是高頻變壓器或儲(chǔ)能電感,在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的瞬間,變壓器初級(jí)出現(xiàn)很大的涌流,造成尖峰噪聲。

2)高頻變壓器開(kāi)關(guān)電源中的變壓器,用作隔離和變壓,但由于漏感的原因,會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲;同時(shí),在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(huì)將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次級(jí),而變壓器對(duì)外殼的分布電容形成另一條高頻通路,使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)更容易在其他引線上耦合形成噪聲。

3)整流二管二次側(cè)整流二管用作高頻整流時(shí),由于反向恢復(fù)時(shí)間的因素,往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時(shí)不能立即消除(因載流子的存在,還有電流流過(guò))。一旦這個(gè)反向電流恢復(fù)時(shí)的斜率過(guò)大,流過(guò)線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓,在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾,其頻率可達(dá)幾十MHz。

4)電容、電感器和導(dǎo)線開(kāi)關(guān)電源由于工作在較高頻率,會(huì)使低頻元件特性發(fā)生變化,由此產(chǎn)生噪聲。

1.2開(kāi)關(guān)電源外部干擾

開(kāi)關(guān)電源外部干擾可以以“共模”或“差模”方式存在。干擾類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到*失電之間進(jìn)行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等,電源干擾的類型見(jiàn)表1。

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在表1中的幾種干擾中,能夠通過(guò)電源進(jìn)行傳輸并造成設(shè)備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波,而靜電放電等干擾只要電源設(shè)備本身不產(chǎn)生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象,就不會(huì)造成因電源引起的對(duì)用電設(shè)備的影響。

2、開(kāi)關(guān)電源干擾耦合途徑

開(kāi)關(guān)電源干擾耦合途徑有兩種方式:一種是傳導(dǎo)耦合方式,另一種是輻射耦合方式。

2.1傳導(dǎo)耦合

傳導(dǎo)耦合是騷擾源與敏感設(shè)備之間的主要耦合途徑之一。傳導(dǎo)耦合必須在騷擾源與敏感設(shè)備之間存在有完整的電路連接,電磁騷擾沿著這一連接電路從騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感設(shè)備,產(chǎn)生電磁干擾。按其耦合方式可分為電路性耦合、電容性耦合和電感性耦合。在開(kāi)關(guān)電源中,這3種耦合方式同時(shí)存在,互相聯(lián)系。

2.1.1電路性耦合

電路性耦合是常見(jiàn)、簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)耦合方式。其又有以下幾種:

1)直接傳導(dǎo)耦合導(dǎo)線經(jīng)過(guò)存在騷擾的環(huán)境時(shí),即拾取騷擾能量并沿導(dǎo)線傳導(dǎo)至電路而造成對(duì)電路的干擾。

2)共阻抗耦合由于兩個(gè)以上電路有公共阻抗,當(dāng)兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí),一個(gè)電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會(huì)影響到另一個(gè)電路,這就是共阻抗耦合。形成共阻抗耦合騷擾的有電源輸出阻抗、接地線的公共阻抗等。

21.2電容性耦合

電容性耦合也稱為電耦合,由于兩個(gè)電路之生的尖峰電壓是一種有較大幅度的窄脈沖,其頻間存在寄生電容,使一個(gè)電路的電荷通過(guò)寄生電容影響到另一條支路。

2.1.3電感性耦合

電感性耦合也稱為磁耦合,兩個(gè)電路之間存在互感時(shí),當(dāng)干擾源是以電源形式出現(xiàn)時(shí),此電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)互感耦合對(duì)鄰近信號(hào)形成干擾。

2.2輻射耦合

通過(guò)輻射途徑造成的騷擾耦合稱為輻射耦合。輻射耦合是以電磁場(chǎng)的形式將電磁能量從騷擾源經(jīng)空間傳輸?shù)浇邮芷?。通常存?種主要耦合途徑:天線耦合、導(dǎo)線感應(yīng)耦合、閉合回路耦合和孔縫耦合。



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