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開(kāi)關(guān)電源電磁干擾機(jī)理與抑制措施小析
日期：2025-04-28 22:03
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摘要：
開(kāi)關(guān)電源電磁干擾機(jī)理與抑制措施小析
一、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)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(lái)分別說(shuō)明：
1、二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾
高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí),由于p n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(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),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(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾
功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)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(shí)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(kāi)關(guān)時(shí),這種諧波干擾將會(huì)很小。另外,功率開(kāi)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(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。
3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過(guò)開(kāi)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(guò)輸入輸出線傳播時(shí),都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)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(kāi)關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠**，印刷線路板（p c b）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，
p c b的近場(chǎng)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(huì)造成emi干擾。
開(kāi)關(guān)電源電磁干擾機(jī)理與抑制措施小析
二、電磁干擾的相關(guān)理論
1、開(kāi)關(guān)電源的主要電磁干擾源開(kāi)關(guān)電源中的電磁干擾源主要有開(kāi)關(guān)器件、二極管和非線性無(wú)源元件。在開(kāi)關(guān)電源中，印制板布線不當(dāng)也是引起電磁
干擾的一個(gè)主要因數(shù)。
1.1開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾
對(duì)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾是其主要干擾源之一。開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的核心，主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。他產(chǎn)生的d v/d t具有較大的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是：
(1)開(kāi)關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線
圈，是感性負(fù)載。在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通瞬間，初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級(jí)線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓；在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)瞬間，由于初級(jí)線圈的漏磁通，致使一部分能量沒(méi)有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈，儲(chǔ)藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、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)斷尖峰電壓。這種電源電壓中斷會(huì)產(chǎn)生與初級(jí)線圈接通時(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)干
擾，重者有可能擊穿開(kāi)關(guān)管。
(2)脈沖變壓器初級(jí)線圈，開(kāi)關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路可能產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾，如果電容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)干擾。
1.1.2二極管整流電路產(chǎn)生的電磁干擾
主電路中整流二極管產(chǎn)生的反向恢復(fù)電流的|d i/d t|遠(yuǎn)比續(xù)流二極管恢復(fù)電流|di/dt|小得多。作為電磁干擾源來(lái)研究，整流二極管反向恢復(fù)電流形成的干擾強(qiáng)度大，頻帶寬。整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠(yuǎn)小于電源中的功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。因此，不計(jì)整流二極管產(chǎn)生的|dv/dt|和|di/dt|的影響，而把整流電路當(dāng)成電磁干擾耦合通道的一部分來(lái)研究也是可以的。
2、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的耦合通道
開(kāi)關(guān)電源通過(guò)耦合通道對(duì)自身產(chǎn)生干擾。通常多采用差模和共模干擾加以分析。
“共模干擾”是指干擾大小和方向一致，其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。
“差模干擾”是指干擾大小相等，方向相反，其存在于電源相線與中線之間。差模干擾也稱常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾。這是載流體之間的干擾。
共模干擾說(shuō)明了干擾是由輻射或串?dāng)_耦合到電路中的。而差模干擾則說(shuō)明了干擾是源于同一條電路的。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)互相轉(zhuǎn)化，所以情況非常復(fù)雜。
三、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3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（見(jiàn)圖2）;第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力,減低其對(duì)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(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如,功率開(kāi)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(shí)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(kāi)關(guān)電源的底板是交流電源的地線,因而通過(guò)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(gè)問(wèn)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(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射,電磁干擾對(duì)其他電子設(shè)備的影響,可完全按照對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩,然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體,就能對(duì)電磁場(chǎng)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(chǎng)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(shí)常增強(qiáng)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(shí)發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連,可為信號(hào)回路提供穩(wěn)定的參考電位。因此,系統(tǒng)中的**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,*終都與大地相連.
在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則,如果形成多點(diǎn)接地,會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路,當(dāng)磁力線穿過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲,實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)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(diǎn)接地,利用一個(gè)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(dú)連接后,再連接到公共參考點(diǎn)上?！?/span>
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(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾,也可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)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(jì)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。
產(chǎn)生開(kāi)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。**抑制開(kāi)關(guān)電源的各種噪聲會(huì)使開(kāi)關(guān)電源得到更廣泛的應(yīng)用
一、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,按噪聲干擾源種類來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)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(lái)分別說(shuō)明：
1、二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾
高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò),在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí),由于p n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(shí)間里,電流會(huì)反向流動(dòng),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(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾
功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)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(shí)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(kāi)關(guān)時(shí),這種諧波干擾將會(huì)很小。另外,功率開(kāi)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(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。
3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量,通過(guò)開(kāi)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(guò)輸入輸出線傳播時(shí),都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)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(kāi)關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠**，印刷線路板（p c b）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，
p c b的近場(chǎng)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(huì)造成emi干擾。
開(kāi)關(guān)電源電磁干擾機(jī)理與抑制措施小析
二、電磁干擾的相關(guān)理論
1、開(kāi)關(guān)電源的主要電磁干擾源開(kāi)關(guān)電源中的電磁干擾源主要有開(kāi)關(guān)器件、二極管和非線性無(wú)源元件。在開(kāi)關(guān)電源中，印制板布線不當(dāng)也是引起電磁
干擾的一個(gè)主要因數(shù)。
1.1開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾
對(duì)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾是其主要干擾源之一。開(kāi)關(guān)電路是開(kāi)關(guān)電源的核心，主要由開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器組成。他產(chǎn)生的d v/d t具有較大的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是：
(1)開(kāi)關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線
圈，是感性負(fù)載。在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通瞬間，初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級(jí)線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓；在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)瞬間，由于初級(jí)線圈的漏磁通，致使一部分能量沒(méi)有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈，儲(chǔ)藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、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)斷尖峰電壓。這種電源電壓中斷會(huì)產(chǎn)生與初級(jí)線圈接通時(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)干
擾，重者有可能擊穿開(kāi)關(guān)管。
(2)脈沖變壓器初級(jí)線圈，開(kāi)關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開(kāi)關(guān)電流環(huán)路可能產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾，如果電容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)干擾。
1.1.2二極管整流電路產(chǎn)生的電磁干擾
主電路中整流二極管產(chǎn)生的反向恢復(fù)電流的|d i/d t|遠(yuǎn)比續(xù)流二極管恢復(fù)電流|di/dt|小得多。作為電磁干擾源來(lái)研究，整流二極管反向恢復(fù)電流形成的干擾強(qiáng)度大，頻帶寬。整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠(yuǎn)小于電源中的功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。因此，不計(jì)整流二極管產(chǎn)生的|dv/dt|和|di/dt|的影響，而把整流電路當(dāng)成電磁干擾耦合通道的一部分來(lái)研究也是可以的。
2、開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的耦合通道
開(kāi)關(guān)電源通過(guò)耦合通道對(duì)自身產(chǎn)生干擾。通常多采用差模和共模干擾加以分析。
“共模干擾”是指干擾大小和方向一致，其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。
“差模干擾”是指干擾大小相等，方向相反，其存在于電源相線與中線之間。差模干擾也稱常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾。這是載流體之間的干擾。
共模干擾說(shuō)明了干擾是由輻射或串?dāng)_耦合到電路中的。而差模干擾則說(shuō)明了干擾是源于同一條電路的。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)互相轉(zhuǎn)化，所以情況非常復(fù)雜。
三、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3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（見(jiàn)圖2）;第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力,減低其對(duì)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(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如,功率開(kāi)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(shí)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(kāi)關(guān)電源的底板是交流電源的地線,因而通過(guò)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(gè)問(wèn)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(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射,電磁干擾對(duì)其他電子設(shè)備的影響,可完全按照對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩,然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體,就能對(duì)電磁場(chǎng)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(chǎng)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(shí)常增強(qiáng)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(shí)發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連,可為信號(hào)回路提供穩(wěn)定的參考電位。因此,系統(tǒng)中的**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,*終都與大地相連.
在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則,如果形成多點(diǎn)接地,會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路,當(dāng)磁力線穿過(guò)該回路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲,實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)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(diǎn)接地,利用一個(gè)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(dú)連接后,再連接到公共參考點(diǎn)上?！?/span>
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(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾,也可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的噪聲對(duì)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(jì)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。
產(chǎn)生開(kāi)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。**抑制開(kāi)關(guān)電源的各種噪聲會(huì)使開(kāi)關(guān)電源得到更廣泛的應(yīng)用
