第一篇：開關(guān)電源噪聲的產(chǎn)生與抑制措施

噪聲的種類

開關(guān)電源無論在體積、重量和效率方面都有顯著的優(yōu)點，已得到廣泛的應(yīng)用。但開關(guān)電源最大缺點是容易產(chǎn)生噪聲。噪聲的產(chǎn)生一般可分為兩大類：一是開關(guān)電源內(nèi)部元件形成的干擾；二是由于外界因素影響而使開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，這涉及到人為因素和自然界的因素。

1．1 輸出脈動噪聲

主要是在輸出端出現(xiàn)的脈沖干擾，產(chǎn)生的原因有：由AC輸入頻率引起的低頻脈動電壓；開關(guān)電源頻率引起的高次諧波脈動電壓；開關(guān)接通、斷開時的尖峰噪聲；對上述噪聲的振幅最大值可用同軸電纜接到示波器上來觀察測定。

1．2 輻射電場強度

開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲會輻射到空間。輻射噪聲的測定方法是：接好天線，開啟儀器（場強儀等），用天線接收直射波與反射波。被測電源放在非金屬的實驗臺上以360°來回轉(zhuǎn)動，天線以上下1～4m距離移動以檢測最大值。測試以垂直與水平兩個方向來測定。

1．3 外來突變電壓

外來突變電壓干擾可用噪聲模擬器檢測。在輸入交流線上同時注入同相雜音（注入電壓據(jù)開關(guān)電源種類而定）。兩者相位以90°、270°為最合適。確認(rèn)在這外來突變電壓的作用下，輸出直流電壓有無變動，并觀察保護(hù)裝置等是否產(chǎn)生誤動作。

1．4 雷電沖擊耐壓實驗

使用雷電沖擊發(fā)生器，以保險絲以外的元件不損壞為原則，看一看輸出電壓的變動是否超過附加電壓的規(guī)定。噪聲產(chǎn)生源 2．1 開關(guān)管

開關(guān)功率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)開關(guān)管流過大的脈沖電流時，大體上形成了矩形波，該波形含有許多高頻成份。由于開關(guān)電源使用的元件參數(shù)如開關(guān)功率管的存儲時間，輸出級的大電流，開關(guān)整流二極管的反向恢復(fù)時間，會造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流。凡有短路電流的導(dǎo)線及這種脈沖電流流經(jīng)的變壓器和電感產(chǎn)生的電磁場形成噪聲源。

2．2 二極管的恢復(fù)特性

PN型硅二極管用作高頻整流時，正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立即消除（因載流子的存在，還有電流流過）。一旦這個反向電流恢復(fù)時的電流斜率過大，流過線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓。

2．3 變壓器

開關(guān)電源中的變壓器，用作隔離和變壓。但在高頻的情況下，它的隔離是很不完全的，變壓器層間的分布電容使開關(guān)電源中的高頻噪聲很容易在初次級之間傳遞。變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路，而使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場更容易在其它引線上耦合形成噪聲。

2．4 電容、電感器和導(dǎo)線

開關(guān)電源由于工作在較高頻率，會使低頻的元器件特性發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲。3 消除噪聲的主要方法

消除噪聲應(yīng)主要從以下三個部位入手：產(chǎn)生噪聲的部件、傳播噪聲部位、公共結(jié)合部分。3．1 控制，消除噪聲源

（1）由整流二極管的反向恢復(fù)時間引起的電流尖峰，不僅增加了二極管本身的功耗，使開關(guān)功率管產(chǎn)生電流尖峰，增加導(dǎo)通時的損耗，而更重要的是容易產(chǎn)生噪聲。所以必須盡量采用反向恢復(fù)時間短的整流二極管，如肖特基二極管，pin結(jié)低損耗高速整流管。

（2）為了提高開關(guān)電源的效率應(yīng)盡可能減少開關(guān)功率管的導(dǎo)通時間和關(guān)斷時間。但隨著開關(guān)頻率和開關(guān)速度的提高，電源的噪聲也將隨之增加。所以，必須適當(dāng)控制開關(guān)功率管的開關(guān)時間來限制噪聲。

①在開關(guān)管的基極與發(fā)射極或集電極與基極間并聯(lián)小容量電容，減緩基極信號的變化速率。

②在開關(guān)管集射極間并聯(lián)RCD網(wǎng)絡(luò)，可增加集電極電壓的上升時間。

③在開關(guān)管集電極回路串聯(lián)LRCD網(wǎng)絡(luò)，L可限制集電極電流的上升速度。并聯(lián)于電感L兩端的RCD回路能防止電路引起振蕩。

3．2 不使噪聲傳播

濾波器的濾波、元件的屏蔽等使噪聲不至溢出。

（1）線路濾波器

雷電沖擊等的自然噪聲，開關(guān)的關(guān)閉等引起的人為噪聲，會從交流輸入端侵入到開關(guān)電源。為了防止開關(guān)電源的誤動作，以及發(fā)生在開關(guān)電源內(nèi)部的噪聲不從輸入端泄漏出去，可在輸入端接入線路濾

波器。電路中Cx電容一般取0.1～0.47μF，Cy電容取1000～4700pF，共模扼流圈的電感可選擇2mH左右。

（2）屏蔽

（a）開關(guān)管的屏蔽

開關(guān)管及輸出整流二極管常加上散熱板或通過框架進(jìn)行散熱，從而使晶體管集電極，二極管的負(fù)極與散熱板間產(chǎn)生較大的電容量。由于那里進(jìn)行數(shù)百伏電壓的變化，共模噪聲就發(fā)生了。所以在開關(guān)管的集電極，二極管的負(fù)極與散熱板間放置絕緣金屬板，能取得防止噪聲發(fā)生的效果。

（b）變壓器的屏蔽

對于變壓器，為了達(dá)到傳送電力的目的，除了符合線路規(guī)定的指標(biāo)以外，還要求泄漏的磁通小，線圈間的層間電容量小。為此，可減少空隙，選用理想襯墊，線圈間進(jìn)行靜電屏蔽。為了防止變壓器磁通泄漏，還應(yīng)在外圍用銅箔帶卷好，來進(jìn)行電磁場屏蔽。

3．3 開關(guān)電源的接地

（1）接地方式

正確的接地可消除各路電流流經(jīng)公共地線產(chǎn)生的噪聲，避免受磁場和地電位差的影響。

（2）扭轉(zhuǎn)線

1500W以上的電源中，印板引出線較多。由于這些導(dǎo)線的往復(fù)，回線內(nèi)磁通的變化會導(dǎo)致噪聲的變化。一旦把二根電纜線絞在一起，不僅使線的占積率減少，而且由于反向脈沖電流流過電纜，可防止磁通的變化。結(jié)束語

抑制開關(guān)電源的噪聲是開發(fā)應(yīng)用開關(guān)電源的一個重要課題，為了有效地抑制和降低開關(guān)電源的噪聲干擾，除了上述措施外，還需在其它方面采取措施。如：在印刷電路板設(shè)計、元件安裝位置與方向，系統(tǒng)整個電路的布局、接線的布置等方面都要有利于減少開關(guān)電源的噪聲。隨著人們對開關(guān)電源抗噪聲技術(shù)的提高，這種電源將會得到更廣泛的應(yīng)用.

第二篇：開關(guān)電源適配器輸出紋波和噪聲電壓的抑制措施

開關(guān)電源適配器輸出紋波和噪聲電壓的抑制措施

一、在開關(guān)電源適配器輸出端采用片式三端電容器與普通電解電容器組合改善濾波的高頻特性。

開關(guān)電源適配器的輸出端含有較大的噪聲電壓的峰-峰值，這是由于電解電容器在高頻下的特性不完善所造成的。因為電解電容在高頻下可以用電容、電阻和電感三者的串聯(lián)來等效，所以在高頻下電容對噪聲的旁路作用不在明顯。由于電阻和電感的存在，反而使噪聲電壓體現(xiàn)在開關(guān)電源適配器的輸出端。

為了抑制開關(guān)電源適配器的輸出噪聲，通常有兩個建議可供設(shè)計人員采用： 1）將輸出端的電解電容一拆為幾，即將一個大容量的電解電容采用幾個小容量電解電容并聯(lián)來替代。這一建議雖不能根本抑制噪聲電壓的產(chǎn)生，但用新辦法所產(chǎn)生的信噪聲電壓的峰-峰值要比原來為小。

2）在電解電容旁邊并聯(lián)一個小容量的高頻陶瓷電容器，利用高頻電容在高頻下所體現(xiàn)的低容抗，使輸出噪聲電壓得到較大衰減（當(dāng)然在印制電路板上的陶瓷電容也應(yīng)該保持比較短的布線長度，保持盡可能小的線路阻抗）。

二、采用高性能的表面貼裝濾波器。

采用表面貼裝的高性能濾波器來改善輸出電壓噪聲。貼裝濾波器內(nèi)部電路等效為一個π型濾波線路，在開關(guān)電源適配器的輸出端串上一個貼裝高性能濾波器。對比原來的輸出噪聲電壓峰-峰值，會大幅減小，在示波器上，幾乎顯示為一條直線，說明輸出電壓的噪聲已明顯得到抑制，從而很好說明了表面貼裝高性能濾波器在這個線路中的作用。

三、避免多個模塊電源之間相互干擾。

當(dāng)在同一塊印制電路板上有多個模塊電源一起工作，若兩個模塊靠得很近，模塊電源本身是不屏蔽的，并且靠得很近，輸出端也沒有采用低阻抗的電容，而且兩個模塊離開實際的輸出端子的距離又比較遠(yuǎn)時，則可能因為相互之間的干擾使輸出噪聲電壓增加。為避免這種相互干擾，可采用屏蔽措施，或?qū)⑺鼈兊陌惭b位置適當(dāng)遠(yuǎn)離，以減小相互之間的影響。

四、在開關(guān)電源適配器的輸出端增加一級低壓差線性穩(wěn)壓電路。在開關(guān)電源或者模塊電源輸出后再加一個電壓差線性穩(wěn)壓電路，能大幅度地降低輸出噪聲，以滿足對噪聲有特別要求的電路需要，輸出噪聲可達(dá)微伏級。

由于低壓差線性穩(wěn)壓器的壓差（輸入與輸出電壓的差值）僅為幾百毫伏，則在開關(guān)電源的輸出略高于低壓差線性穩(wěn)壓器幾百毫伏就可以輸出標(biāo)準(zhǔn)電壓了，并且其損耗也不大。

五、通過屏蔽和加裝電源濾波器來減小開關(guān)電源對外界電磁的敏感度。采用金屬外殼作為開關(guān)電源的屏蔽，可以減小開關(guān)電源對外界輻射電磁場的敏感度。另外，為了減少從電源線引入的傳導(dǎo)敏感度，在開關(guān)電源適配器輸入端加裝電源濾波器是一個很好的辦法。這兩個辦法對減小開關(guān)電源因外界電磁干擾對輸出端的影響也是有一定好處的。當(dāng)然，這兩個措施對于抑制開關(guān)電源工作時自身所產(chǎn)生的電磁輻射和傳導(dǎo)騷擾同樣也是有效的。備注：為了對開關(guān)電源適配器直流輸出電壓中的紋波電壓進(jìn)行測試，對探頭要做一點改造，以減小對雜亂信號的拾取。在探頭上要并聯(lián)兩只電容，分別時0.1uF/50V的瓷片電容和1.0uF/50V的鋁電解電容。由于鋁電解電容是有極性的，所以在電解電容焊接時，要注意它與被測電壓的極性保持一致。

第三篇：開關(guān)電源電磁干擾抑制技術(shù)

開關(guān)電源電磁干擾抑制技術(shù)

0 引言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)和功率器件的發(fā)展，開關(guān)電源以其體積小，重量輕，高性能，高可靠性等特點被廣泛應(yīng)用于計算機及外圍設(shè)備通信、自動控制、家用電器等領(lǐng)域，為人們的生產(chǎn)生活和社會的建設(shè)提供了很大幫助。但是，隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的快速發(fā)展，電子電氣設(shè)備的廣泛應(yīng)用，處于同一工作環(huán)境的各種電子、電氣設(shè)備的距離越來越近，電子電路工作的外部環(huán)境進(jìn)一步惡化。由于開關(guān)電源工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，內(nèi)部會產(chǎn)生很高的電流、電壓變化率，導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生較強的電磁干擾。電磁干擾信號不僅對電網(wǎng)造成污染，還直接影響到其他用電設(shè)備甚至電源本身的正常工作，而且作為輻射干擾闖入空間，造成電磁污染，制約著人們的生產(chǎn)和生活。國內(nèi)在20世紀(jì)80一90年代，為了加強對當(dāng)前國內(nèi)電磁污染的治理，制定了一些與CISPR標(biāo)準(zhǔn)、IEC801等國際標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。自從2003年8月1日中國強制實施3C認(rèn)證(china compulsory certification)工作以來，掀起了“電磁兼容熱”，近距離的電磁干擾研究與控制愈來愈引起電子研究人員們的關(guān)注，當(dāng)前已成為當(dāng)前研究領(lǐng)域的一個新熱點。本文將針對開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理系統(tǒng)地論述相關(guān)的抑制技術(shù)。

l 開關(guān)電源電磁干擾的抑制 形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而，抑制電磁干擾應(yīng)從這三方面人手。抑制干擾源、消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射、提高受擾設(shè)備的抗擾能力，從而改善開關(guān)電源的電磁兼容性能的目的。1．1 采用濾波器抑制電磁干擾 濾波是抑制電磁干擾的重要方法，它能有效地抑制電網(wǎng)中的電磁干擾進(jìn)入設(shè)備，還可以抑制設(shè)備內(nèi)的電磁干擾進(jìn)入電網(wǎng)。在開關(guān)電源輸入和輸出電路中安裝開關(guān)電源濾波器，不但可以解決傳導(dǎo)干擾問題，同時也是解決輻射干擾的重要武器。濾波抑制技術(shù)分為無源濾波和有源濾波2種方式。

1．1．1 無源濾波技術(shù) 無源濾波電路簡單，成本低廉，工作性能可靠，是抑制電磁干擾的有效方式。無源濾波器由電感、電容、電阻元件組成，其直接作用是解決傳導(dǎo)發(fā)射。開關(guān)電源中應(yīng)用的無源濾波器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

由于原電源電路中濾波電容容量大，整流電路中會產(chǎn)生脈沖尖峰電流，這個電流由非常多的高次諧波電流組成，對電網(wǎng)產(chǎn)生干擾；另外電路中開關(guān)管的導(dǎo)通或截止、變壓器的初級線圈都會產(chǎn)生脈動電流。由于電流變化率很高，對周圍電路會產(chǎn)生出不同頻率的感應(yīng)電流，其中包括差模和共模干擾信號，這些干擾信號可以通過2根電源線傳導(dǎo)到電網(wǎng)其他線路和干擾其他的電子設(shè)備。圖中差模濾波部分可以減少開關(guān)電源內(nèi)部的差模干擾信號，又能大大衰減設(shè)備本身工作時產(chǎn)生的電磁干擾信號傳向電網(wǎng)。又根據(jù)電磁感應(yīng)定律，得E=Ldi／dt，其中：E為L兩端的電壓降；L為電感量；di／dt為電流變化率。顯然要求電流變化率越小，則要求電感量就越大。脈沖電流回路通過電磁感應(yīng)其他電路與大地或機殼組成的回路產(chǎn)生的干擾信號為共模信號；開關(guān)電源電路中開關(guān)管的集電極與其他電路之間產(chǎn)生很強的電場，電路會產(chǎn)生位移電流，而這個位移電流也屬于共模干擾信號。圖1中共模濾波器就是用來抑制共模干擾，使之受到衰減。1．1．2 有源濾波技術(shù)

有源濾波技術(shù)是抑制共模干擾的一種有效方法。該方法從噪聲源出發(fā)而采取的措施(如圖2所示)，其基本思想是設(shè)法從主回路中取出一個與電磁干擾信號大小相等、相位相反的補償信號去平衡原來的干擾信號，以達(dá)到降低干擾水平的目的。如圖2所示，利用晶體管的電流放大作用，通過把發(fā)射極的電流折合到基極，在基極回路來濾波。R1，C2組成的濾波器使基極紋波很小，這樣射極的紋波也很小。由于C2的容量小于C3，減小了電容的體積。這種方式僅適合低壓小功率電源的情況。另外，在設(shè)計和選用濾波器時應(yīng)注意頻率特性、耐壓性能、額定電流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。濾波器的安裝位置要恰當(dāng)，安裝方法要正確，才能對干擾起到預(yù)期的濾波作用。1．2 屏蔽技術(shù)和接地技術(shù) 采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾。屏蔽一般分為2種：一種是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響；另一種是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場、磁場以及交變電磁場的影響。屏蔽技術(shù)分為對發(fā)出電磁波部位的屏蔽和受電磁波影響的元器件的屏蔽。在開關(guān)電源中，可發(fā)出電磁波的元器件是指變壓器、電感器、功率器件等，通常在其周圍采用銅板或鐵板作為屏蔽，以使電磁波產(chǎn)生衰減。此外，為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射向外部發(fā)散，為了減少電磁干擾對其他電子設(shè)備的影響，應(yīng)采取整體屏蔽?？赏耆凑諏Υ艌銎帘蔚姆椒▉砑庸て帘握?，然后將整個屏蔽罩與系統(tǒng)的機殼和地連接為一體，就能對電磁場進(jìn)行有效的屏蔽。然而在使用整體屏蔽時應(yīng)充分考慮屏蔽材料的接縫、電線的輸入／輸出端子和電線的引出口等處的電磁泄露，且不易散熱，結(jié)構(gòu)成本大幅度增加等因素。為使電磁屏蔽能同時發(fā)揮靜電屏蔽的作用，加強屏蔽效果，同時保障人身和設(shè)備的安全，應(yīng)將系統(tǒng)與大地相連，即為接地技術(shù)。接地是指在系統(tǒng)的某個選定點與某個接地面之間建立導(dǎo)電的通路設(shè)計。這一過程是至關(guān)重要的，將接地和屏蔽正確結(jié)合起來可以更好地解決電磁干擾問題，又可提高電子產(chǎn)品的抗干擾能力。1．3 PCB設(shè)計技術(shù) 為更好地抑制開關(guān)電源的電磁干擾，其印制電路板(PCB)的抗干擾技術(shù)尤為重要。為減少PCB的電磁輻射和PCB上電路間的串?dāng)_，要非常注意PCB布局、布線和接地。如減少輻射干擾是減小通路面積，減小干擾源和敏感電路的環(huán)路面積，采用靜電屏蔽。而抑制電場與磁場的耦合，應(yīng)盡量增大線間距離。在開關(guān)電源中接地是抑制干擾的重要方法。接地有安全接地、工作接地和屏蔽接地等3種基本類型。地線設(shè)計應(yīng)注意以下幾點：交流電源地與直流電源地分開；功率地與弱電地分開；模擬電路與數(shù)字電路的電源地分開；盡量加粗地線。1．4 擴頻調(diào)制技術(shù) 對于一個周期信號尤其是方波來說，其能量主要分布在基頻信號和諧波分量中，諧波能量隨頻率的增加呈級數(shù)降低。由于n次諧波的帶寬是基頻帶寬的n倍，通過擴頻技術(shù)將諧波能量分布在一個更寬的頻率范圍上。由于基頻和各次諧波能量減少，其發(fā)射強度也應(yīng)該相應(yīng)降低。要在開關(guān)電源中采用擴頻時鐘信號，需要對該電源開關(guān)脈沖控制電路輸出的脈沖信號進(jìn)行調(diào)制，形成擴頻時鐘(如圖3所示)。與傳統(tǒng)的方法相比，采用擴頻技術(shù)優(yōu)化開關(guān)電源EMI既高效又可靠，無需增加體積龐大的濾波器件和繁瑣的屏蔽處理，也不會對電源的效率帶來任何負(fù)面影響。

1．5 一次整流電路中加功率因數(shù)校正(PFC)網(wǎng)絡(luò) 對于直流穩(wěn)壓電源，電網(wǎng)電壓通過變壓器降壓后直接通過整流電路進(jìn)行整流，所以整流過程中產(chǎn)生的諧波分量作為干擾直接影響交流電網(wǎng)的波形，使波形畸變，功率因數(shù)偏低。為了解決輸入電流波形畸變和降低電流諧波含量，將功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)應(yīng)用于開關(guān)電源中是非常必要的。PFC技術(shù)使得電流波形跟隨電壓波形，將電流波形校正成近似的正弦波，從而降低了電流諧波含量，改善了橋式整流電容濾波電路的輸入特性，提高了開關(guān)電源的功率因數(shù)。其中無源功率因數(shù)校正電路是利用電感和電容等元件組成濾波器，將輸入電流波形進(jìn)行移相和整形過程來實現(xiàn)提高功率因數(shù)的。而有源功率因數(shù)校正電路是依據(jù)控制電路強迫輸入交流電流波形跟蹤輸入交流電壓波形的原理來實現(xiàn)交流輸入電流正弦化，并與交流輸入電壓同步。兩種方法均使功率因數(shù)提高，后者效果更加明顯，但電路復(fù)雜。結(jié)語 本文的設(shè)計方法正確，仿真結(jié)果正常，克服了傳統(tǒng)方案中所存在的一些問題，使電磁干擾的抑制技術(shù)得到進(jìn)一步優(yōu)化。從開關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生的機理來看，有多種方式可抑制電磁干擾，除本文中分析的幾種主要方法外，還可以采用光電隔離器、LSA系列浪涌吸收器、軟開關(guān)技術(shù)等。抑制開關(guān)電源的電磁干擾，目的是使其能在各領(lǐng)域得到有效應(yīng)用的同時，盡量減少電磁污染，實現(xiàn)了對電磁污染問題的有效治理。而在實際設(shè)計時，應(yīng)全面考慮開關(guān)電源的各種電磁干擾，選用多種抑制電磁干擾的方法加以綜合利用，使電磁干擾降到最低，從而提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。

第四篇：開關(guān)電源電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)與EMI電磁干擾抑制措施

開關(guān)電源電磁干擾標(biāo)準(zhǔn)與EMI電磁干擾抑制措施

電磁兼容性(EMC)是指電子設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境電平下不因電磁干擾而降低性能指標(biāo)，同時它們本身產(chǎn)生的電磁輻射不大于規(guī)定的極限電平，不影響其它電子設(shè)備或系統(tǒng)的正常運行，并達(dá)到設(shè)備與設(shè)備、系統(tǒng)與系統(tǒng)之間互不干擾、共同可靠地工作的目的。

世界各國都相應(yīng)制定了自己的EMC標(biāo)準(zhǔn)。比如國際電工委員會的1EC61000及(C1SPR系列標(biāo)準(zhǔn)、歐洲共同體的FN系列標(biāo)準(zhǔn)、美國聯(lián)邦通信委的FCC系列標(biāo)準(zhǔn)和我國現(xiàn)行的GT3/T13926系列EMC標(biāo)準(zhǔn)等。隨著國際電磁兼容法規(guī)的日益嚴(yán)格，產(chǎn)品的電磁兼容性能越來越受到重視。

開關(guān)電源作為一種電源設(shè)備，其應(yīng)用越來越廣泛。隨著電力電子器件的不斷更新?lián)Q代，開關(guān)電源的開關(guān)頻率及開關(guān)速度不斷提高，但開關(guān)的快速通斷，引起電壓和電流的快速變化。這些瞬變的電壓和電流，通過電源線路、寄生參數(shù)和雜散的電磁場耦合，會產(chǎn)生大量的電磁干擾。

二、開關(guān)電源的干擾源分析

開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)，按耦合通道來分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾;按噪聲干擾源種類來分可分為尖峰干擾和諧波干擾。開關(guān)電源在工作過程中所產(chǎn)生的浪涌電流和尖峰電壓就形成了干擾源，工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開關(guān)管高頻工作時的電壓切換以及輸出整流二極管的反向恢復(fù)電流都是這類干擾源。

三、電磁干擾的抑制措施

電磁干擾由三個基本要素組合而產(chǎn)生：電磁干擾源;對該干擾能量敏感的設(shè)備;將電磁干擾源傳輸?shù)矫舾性O(shè)備的媒介即傳輸通道或藕合途徑。

對開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾所采取的抑制措施，主要從兩個方而考慮：一是減小干擾源的干擾強度;一是切斷干擾傳播途徑。

常用的抗干擾措施包括電路的隔離、屏蔽、接地、加裝EMI濾波器以及PCB板的合理布局與布線。

1.電路的隔離

在開關(guān)電源中，電路的隔離主要有：模擬電路的隔離、數(shù)字電路的隔離、數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離。主要目的是通過隔離元器件把噪聲干擾的路徑切斷，從而達(dá)到抑制噪聲干擾的效果。對于開關(guān)電源的模擬信號控制系統(tǒng)的隔離，交流信號一般采用變壓器隔離，直流信號一般采用線性隔離器(如線性光電耦器)隔離。

數(shù)字電路的隔離主要有:脈沖變壓器隔離、光電耦合器隔離等。其中數(shù)字量輸入隔離方式主要采用脈沖變壓器隔離、光電耦合器隔離;而數(shù)字量輸出隔離方式主要采用光電耦合器隔離、高頻變壓器隔離。

2.屏蔽

屏蔽一般分為兩類，一類是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場和恒定磁場的影響;另一類是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場、交變磁場以及交變電磁場的影響。屏蔽是抑制開關(guān)電源輻射干擾的有效方法。可以用導(dǎo)電良好的材料對電場屏蔽，而用導(dǎo)磁率高的材料對磁場屏蔽。

3.接地

為防止各種電路在工作中產(chǎn)生互相干擾，使之能相互兼容地工作，根據(jù)電路的性質(zhì)，將工作接地分為不同的種類。比如直流地、交流地、數(shù)字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。在電路的設(shè)計中，應(yīng)將交流電源地與直流電源地分開，模擬電路與數(shù)字電路的電源地分開，功率地與弱電地分開。

4.加裝EMI濾波器

電源濾波器安裝在電源線與電子設(shè)備之間，用于抑制電源線引出的傳導(dǎo)干擾，又可以降低從電網(wǎng)引入的傳導(dǎo)干擾，對提高設(shè)備的可靠性有重要的作用。開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁干擾以傳導(dǎo)干擾為主，而傳導(dǎo)干擾又分差模騷擾和共模干擾兩種。構(gòu)成開關(guān)電源EMI濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。該濾波器由共模扼流圈L、差模電容Cx和共模電容Cy組成。共模扼流圈L由兩個繞在同一個高磁導(dǎo)率磁芯上的繞組構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)使差模電流產(chǎn)生的磁通相互抵消。這種結(jié)構(gòu)以較小體積獲得較大的電感值，并且不用擔(dān)心由于工作電流導(dǎo)致飽和。每個繞組與電容Cy分別組成L-E和N-E兩對獨立端口的低通濾波器，形成共模濾波網(wǎng)絡(luò)，用來抑制電源線上存在的共模干擾。至于共模扼流圈L、差模電容Cx和共模電容Cy的取值大小，應(yīng)盡量做到濾波器的諧振頻率低于開關(guān)電源的工作頻率，這樣可以實現(xiàn)對整個頻段的濾波。

第五篇：解析幾種有效開關(guān)電源電磁干擾抑制

解析幾種有效開關(guān)電源電磁干擾抑制

前關(guān)于開關(guān)電源EMI（Electromagnetic Interference）的研究，有些從EMI產(chǎn)生的機理出發(fā)，有些 從EMI 產(chǎn)生的影響出發(fā)，都提出了許多實用有價值的方案。這里分析與比較了幾種有效的方案，并為開關(guān) 電源EMI 的抑制措施提出新的參考建議。

◆ 開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理

開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可 分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：

1、二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾

高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過,在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時, 由于PN結(jié)中有較多的載流子積累,因而在載流子消失之前的一段時間里,電流會反向流動,致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。

2、開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾

功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負(fù)載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時,這種諧 波干擾將會很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產(chǎn)生 尖峰干擾。

3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱 之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量,通過輸入輸出線傳播時,都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這 種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

4、其他原因

元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。

◆ 開關(guān)電源EMI的特點

作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強度較大；干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場干擾;而印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布線,具有更大的隨意性,這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。

◆ EMI測試技術(shù)

目前診斷差模共模干擾的三種方法：射頻電流探頭、差模抑制網(wǎng)絡(luò)、噪聲分離網(wǎng)絡(luò)。用射頻電流探頭是測量差模 共模干擾最簡單的方法，但測量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限值比較要經(jīng)過較復(fù)雜的換算。差模抑制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較簡單，測量結(jié)果可直接與標(biāo)準(zhǔn)限值比較，但只能測量共模干擾。噪聲分離網(wǎng)絡(luò)是最理想的方法，但其關(guān)鍵部件變壓器的制造要求很高。

◆ 目前抑制干擾的幾種措施

形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而,抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面著手。首先應(yīng)該抑制干擾源,直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力,減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上 都是用切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道，它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如,功率開關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率損耗,為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時需要導(dǎo)熱性能好的絕緣片進(jìn)行絕緣,這就使器件與底板和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容,開關(guān)電源的底板是交流電源的地線,因而通過 器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產(chǎn)生共模干擾,解決這個問題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割斷了射頻干擾向輸入電網(wǎng)傳播的途徑。為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射,電磁干擾對其他電子設(shè)備的影響,可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩,然后將整個屏蔽罩與系統(tǒng)的機殼和地連接為一體,就能對電磁場進(jìn)行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可

以起到抑制干擾的作用。例如,靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場的干擾;電磁屏蔽用的導(dǎo)體原則上可以不接地,但不接地的屏蔽導(dǎo)體時常增強靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng),所以仍以接地為好,這樣 使電磁屏蔽能同時發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點與大地相連,可為信號回路提供穩(wěn)定的參考電位。因此,系統(tǒng)中的安全保護(hù)地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后,最終都與大地相連.在電路系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)遵循“一點接地”的原則,如果形成多點接地,會出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路,當(dāng)磁力線穿過該回路時將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲,實際上很難實現(xiàn)“一點接地”。因此,為降低接地阻抗,消除分布電容的影響而采取平面式或多點接地,利用一個導(dǎo)電平面(底板或多層印制板電路的導(dǎo)電平面層等)作為參考地,需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅 值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中,應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后,再連接到公共參考點上。濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的辦法。例如,在電源輸入端接上濾波器,可以抑制開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾,也可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中,還采用很多專用的濾波元件,如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán),它們能夠改善電路的濾波特性。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計或選擇濾波器,并正確地安裝和使用濾波器,是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。EMI濾波技術(shù)是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施,可以濾除多種原因產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。一種由電容、電感組成的EMI濾波器,接在開關(guān)電源的輸入端。電路中,C1、C5是高頻旁路電容,用于濾除兩輸入電源線間的差模干擾;L1與C2、C4;L2與C3、C4組成共模干擾濾波環(huán)節(jié),用于濾除電源線與地之間非對稱的共模干擾;L3、L4的初次級匝數(shù)相等、極性相反,交流電流在磁芯中產(chǎn)生的磁通相反,因而可有效地抑制共模干擾。測試表明,只要適當(dāng)選擇元器件的參數(shù),便可較好地抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。

◆ 目前開關(guān)電源EMI抑制措施的不足之處 現(xiàn)有的抑制措施大多從消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射,切斷電磁干擾的傳播途徑出發(fā)，這確是抑制干擾的一種行之有效的辦法，但很少有人涉及直接控制干擾源,消除干擾，或提高受擾設(shè)備的抗擾能力，殊不知后者還有許多發(fā)展的空間。

◆ 改進(jìn)措施的建議

我認(rèn)為目前從電磁干擾的傳播途徑出發(fā)來抑制干擾，已漸進(jìn)成熟。我們的視點要回到開關(guān)電源器件本身來。從多年的工作實踐來看，在電路方面要注意以下幾點：

(1)印制板布局時,要將模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)合理地分開,電源和地線單獨引出,電源供給處匯集到一點;ＰＣＢ布線時,高頻數(shù)字信號線要用短線,主要信號線最好集中在ＰＣＢ板中心,同時電 源線盡可能遠(yuǎn)離高頻數(shù)字信號線或用地線隔開。其次，可以根據(jù)耦合系數(shù)來布線，盡量減少干擾耦合。

(2)印制板的電源線和地線印制條盡可能寬,以減小線阻抗,從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。

(3)器件多選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長度,以減小元件分布電感的影響。

(4)在Vdd及Vcc電源端盡可能靠近器件接入濾波電容,以縮短開關(guān)電流的流通途徑,如用10μＦ鋁電解和0 1μＦ電容并聯(lián)接在電源腳上。對于高速數(shù)字ＩＣ的電源端可以用鉭電解電容代替鋁電解電容,因為鉭電解的對地阻抗比鋁電解小得多。產(chǎn)生開關(guān)電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作。全面抑制開關(guān)電源的各種噪聲 才會使開關(guān)電源得到更廣泛的應(yīng)用。