中心議題：

• 開關(guān)電路電磁騷擾（EMD）的產(chǎn)生及傳播途經(jīng)
• 開關(guān)電路電磁騷擾的抑制

解決方案：

• 選擇合適的開關(guān)電源電路拓?fù)浼肮ぷ黝l率
• 選擇合適的電路元器件
• 增加無源緩沖電路
• 一次整流電路中加功率因數(shù)校正(PFC）網(wǎng)絡(luò)
• 增加濾波網(wǎng)絡(luò)
• 接地
  

本文講述了開關(guān)電路電磁騷擾（EMD）的產(chǎn)生及傳播途經(jīng),，重點(diǎn)介紹抑制開關(guān)電路電磁騷擾的措施和方法，包括選擇合適的開關(guān)電源電路拓?fù)浼肮ぷ黝l率,、選擇合適的電路元器件,、增加無源緩沖電路、一次整流電路中加功率因數(shù)校正(PFC）網(wǎng)絡(luò),、增加濾波網(wǎng)絡(luò),、接地等,，這些措施和方法能明顯減小開關(guān)電路的騷擾。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，開關(guān)電源被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備或系統(tǒng)之中,。開關(guān)電源性能的好壞，直接影響設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行,。開關(guān)電路是開關(guān)電源的核心，開關(guān)電路在高頻下的通,、斷過程產(chǎn)生大幅度的電壓跳變,，即產(chǎn)生的dv/dt具有較大幅度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富,，是開關(guān)電源電磁騷擾的主要因素,。抑制開關(guān)電路的電磁騷擾已成為提高開關(guān)電源性能的主要途經(jīng)。

1 開關(guān)電路電磁騷擾（EMD）的產(chǎn)生及傳播途經(jīng)

開關(guān)電源主要由一次整流電路,、開關(guān)電路,、二次整流電路、反饋觸發(fā)控制電路組成,。開關(guān)電路是開關(guān)電源的核心,，主要由功率開關(guān)管S和高頻變壓器(L1及 L2)組成，如圖1所示,。

1.1 開關(guān)電路產(chǎn)生電磁騷擾的原因

功率開關(guān)管S的負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈L1,，是感性負(fù)載。在S導(dǎo)通瞬間,，L1產(chǎn)生很大的涌流,，并在其兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓；在S斷開瞬間,，由于L1的漏磁通,，致使一部分能量沒有從L1傳輸?shù)蕉尉€圈L2，儲(chǔ)藏在漏感中的這部分能量將和漏極電路中的電容,、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩,，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰,，這種電壓會(huì)產(chǎn)生與L1接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變,，這個(gè)噪聲會(huì)傳導(dǎo)到輸入輸出端，形成傳導(dǎo)騷擾,，重者有可能擊穿開關(guān)管及該電路中其它元器件,。

L1，S和濾波電容C1構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射,，形成輻射騷擾,。如果電容C1濾波容量不足或高頻特性不好,，電容上的高頻阻抗會(huì)使高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中形成傳導(dǎo)騷擾。

1.2 電磁騷擾的傳播途經(jīng)

開關(guān)電源中的電磁騷擾對(duì)外表現(xiàn)為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾,。傳導(dǎo)干擾可分為共模（CommonMode——CM）干擾和差模（DifferentialMode——DM）干擾,。由于開關(guān)電路寄生參數(shù)的存在以及開關(guān)器件的高頻開通與關(guān)斷，使得開關(guān)電源在其輸入端（即交流電網(wǎng)側(cè)）產(chǎn)生較大的共模干擾和差模干擾,。

共模干擾的特點(diǎn)是干擾的大小和方向一致,，存在于電源任何一相對(duì)大地、或中線對(duì)大地間,。共模干擾也稱為縱模干擾,、不對(duì)稱干擾或接地干擾。是載流體與大地之間的干擾,。

開關(guān)電路在高頻情況下,，由于dv/dt很高，激發(fā)變壓器線圈間,、以及開關(guān)管與散熱片間的寄生電容,，從而產(chǎn)生了共模干擾。如圖1中的虛線所示,，共模干擾電流從具有高dv/dt的開關(guān)管S出發(fā)經(jīng)過分布電容Ci流經(jīng)接地散熱片和地線,，再由高頻LISN網(wǎng)絡(luò)（由兩個(gè)50Ω電阻等效）流回輸入線路。

差模干擾的特點(diǎn)是大小相等,，方向相反,，存在于電源相線與中線及相線與相線之間。差模干擾也稱為常模干擾,、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾,。是施加于載流體之間的干擾。

開關(guān)電路中的電流在高頻情況下作開關(guān)變化,，從而在輸入,、輸出的濾波電容上產(chǎn)生很高的di/dt，即在濾波電容的等效電感或阻抗上感應(yīng)了干擾電壓,。這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生差模干擾,，如圖1中的實(shí)線所示。故選用高質(zhì)量的濾波電容（等效電感或阻抗很低）可以降低差模干擾,。

共模干擾說明干擾是由輻射或串?dāng)_耦合到電路中的,，而差模干擾則說明干擾源于同一條電源電路的。通常這兩種干擾是同時(shí)存在的,，由于線路阻抗的不平衡,，兩種干擾在傳輸中還會(huì)相互轉(zhuǎn)化，情況十分復(fù)雜,。

2 開關(guān)電路電磁騷擾的抑制

2.1 選擇合適的開關(guān)電源電路拓?fù)浼肮ぷ黝l率

開關(guān)電源的工作頻率與其產(chǎn)生的騷擾強(qiáng)度密切相關(guān),。低的開關(guān)電源工作頻率不但可以減少騷擾的高頻分量,，其傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的傳播效率也會(huì)大大降低。

2.2 選擇合適的電路元器件

在開關(guān)電路中,，開關(guān)管是核心,，不同品牌的開關(guān)管輻射騷擾相差可達(dá)15～20dB。開關(guān)電路中另一關(guān)鍵部件是脈沖變壓器,，脈沖變壓器對(duì)電磁兼容的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的分布電容Cd,，一個(gè)是脈沖變壓器的漏磁。通過在初級(jí)線圈與次級(jí)線圈間加靜電屏蔽層并引出接地,，該接地線盡量靠近開關(guān)管的發(fā)射極接直流輸入的0V地(熱地),，這樣可以大大減小分布電容Cd，從而減少了初,、次級(jí)的電場的耦合騷擾。為了減小脈沖變壓器的漏磁,，可以選擇封閉磁芯(如環(huán)形),，封閉磁芯比開口磁芯的漏磁小。還可以通過在脈沖變壓器外包高磁導(dǎo)率的屏蔽材料抑制滑磁,。從而減小了通過漏磁輻射的騷擾,。

2.3 增加無源緩沖電路

緩沖電路不僅可以抑制開通時(shí)的di/dt、限制關(guān)斷時(shí)的dv/dt,，還具有電路簡單,、成本較低的特點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用,。

在開關(guān)電路的S兩端并聯(lián)RC〔如圖2(a)所示〕或DRC〔如圖2(b)所示〕吸收電路,，可吸收S接通和斷開瞬間產(chǎn)生的較高的浪涌尖峰電壓，降低開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁騷擾,。

2.4 一次整流電路中加功率因數(shù)校正(PFC）網(wǎng)絡(luò)

對(duì)一次整流電路來講,，最顯著的騷擾是整流電路作為諧波源對(duì)交流電網(wǎng)的騷擾，導(dǎo)致交流電網(wǎng)的波形畸變,，功率因數(shù)偏低,。為解決這個(gè)問題，可在一次整流電路加入現(xiàn)成的功率因數(shù)校正(PFC——PowerFactorCorrection）模塊,，通過補(bǔ)償可把功率因數(shù)提高到0.99以上,。

2.5 增加濾波網(wǎng)絡(luò)

濾波是抑制干擾的一種有效措施，尤其是在對(duì)付開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾和某些輻射干擾方面,，具有明顯的效果,。電磁干擾（EMI）濾波器是以能夠有效抑制電磁干擾為目標(biāo)的濾波器，可分為信號(hào)線EMI濾波器,、電源EMI濾波器,、印刷電路板EMI濾波器,、反射EMI濾波器、隔離EMI濾波器等,。

2.6 接地

2.6.1 接地的作用

電子設(shè)備一般有兩種接地,，一種是安全接地，即將機(jī)殼接地,，以保護(hù)工作人員的安全,；另一種是工作接地，給電路系統(tǒng)提供一個(gè)基準(zhǔn)電位,，同時(shí)也可將高頻干擾引走,。但是，不正確的工作接地反而會(huì)增加干擾,，比如共地線干擾,，地環(huán)路干擾等。

2.6.2 接地的種類及接地要求

1）單點(diǎn)接地工作接地按工作頻率采用不同的接地方式,，工作頻率<1MHz時(shí)采用單點(diǎn)接地,，地線的長度（L/m）與截面積（S/mm2）的關(guān)系為S>0.83L。

2）多點(diǎn)接地工作頻率>30MHz時(shí)采用多點(diǎn)接地,。工作頻率在上述兩者之間的可采用混合接地式,。

3）浮地浮地是電路的地與大地?zé)o導(dǎo)體連接。浮地還可以使不同電位間的電路配合變得容易,。實(shí)現(xiàn)電路或設(shè)備浮地的方法有變壓器隔離和光電隔離,。浮地的最大優(yōu)點(diǎn)是該電路不受大地電性能的影響，抗干擾性能好,。其缺點(diǎn)是由于設(shè)備不與公共地相連,，容易在兩者間造成靜電積累，當(dāng)電荷積累到一定程度后,，在設(shè)備地與公共地之間的電位差可能引起劇烈的靜電放電,，而成為破環(huán)性很強(qiáng)的騷擾源。

4）屏蔽地電路的屏蔽體,，即用屏蔽材料將電磁輻射源屏蔽起來,，并將屏蔽體接地，以降低電磁輻射的干擾,。屏蔽體內(nèi)的電路地線只能一點(diǎn)接屏蔽體,，而不得利用屏蔽體作返回導(dǎo)體。

5）電纜的屏蔽層地對(duì)于多層屏蔽電纜,，每個(gè)屏蔽層應(yīng)在一點(diǎn)接地,，各屏蔽層應(yīng)相互絕緣。當(dāng)電纜長度大于工作信號(hào)波長的0.15倍時(shí),，采用間隔工作信號(hào)波長的0.15倍的多點(diǎn)接地式,，如果不能實(shí)現(xiàn),，則至少應(yīng)將屏蔽層兩端接地。

2.7 電路元器件安裝要合理

電路元器件安裝上應(yīng)使輸入交流和輸出直流插座分開并遠(yuǎn)離,。布線嚴(yán)格分開,簡化電流通路的途徑, 減少相互交叉干擾,同時(shí)使輸入,、輸出布線遠(yuǎn)離靜電場和電磁場噪聲產(chǎn)生源。另外,凡是含有大的電流,、電壓變化率的器件 (功率晶體管和開關(guān)二極管等)的電路應(yīng)合理布局,。盡可能縮短具有高的di/dt、dv/dt的布線,減小噪聲輻射源的有效區(qū)域,。功率晶體管和開關(guān)二極管與散熱器組裝在一起時(shí),用銅板屏蔽晶體管,以減小由于寄生電容引起的噪聲傳播,。

3 結(jié)語

抑制開關(guān)電源的騷擾是開發(fā)應(yīng)用開關(guān)電源的一個(gè)重要課題，因此,，在減少和抑制EMI方面,，除了上述抗干擾的措施和方法外，還要充分有效地利用了先進(jìn)的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)技術(shù),、磁性材料,、電感元件技術(shù)、開關(guān)器件技術(shù),，如移相式全橋ZVS－PWM技術(shù)；零電壓過渡（ZVT）和零電流過渡（ZCT）的PWM技術(shù),；功率因數(shù)校正控制技術(shù)等,。實(shí)踐證明，這些措施和方法對(duì)減小開關(guān)電路的騷擾具有明顯的效果,。