一.序言

隨著開(kāi)關(guān)電源的體積越來(lái)越小.功率特別大，EMI測(cè)試操作問(wèn)題成為開(kāi)關(guān)電源可靠性的關(guān)鍵因素。EMI過(guò)濾技術(shù).屏蔽技術(shù).密封技術(shù)和接地技術(shù)可以有效抑制.清除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，斷開(kāi)干擾信號(hào)的傳播途徑，從而提高開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性。

開(kāi)關(guān)電源是一種功率半導(dǎo)體器件和電力轉(zhuǎn)換技術(shù).電子電磁技術(shù).電力和電子設(shè)備，如自動(dòng)控制技術(shù)。開(kāi)關(guān)電源瞬態(tài)響應(yīng)較弱.易產(chǎn)生干擾信號(hào)(EMI)，且EMI測(cè)試信號(hào)具有廣泛的頻率范圍和一定的強(qiáng)度。EMI信號(hào)通過(guò)傳導(dǎo)和輻射方式污染電磁環(huán)境，影響通信設(shè)備和儀因此開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用受到一定程度的限制。

二.干擾信號(hào)的原因

干擾信號(hào)(EMI，Electromagneticlnterference)它是一種電子系統(tǒng)或子系統(tǒng)受到意外電磁振蕩的性能危害。它由三個(gè)基本前提組成：干擾源，即干擾信號(hào)能量的設(shè)備；蓮花模式，即傳輸干擾信號(hào)的通道或媒體；受干擾信號(hào)損壞的敏感設(shè)備.設(shè)備.子系統(tǒng)或系統(tǒng)。有鑒于此，控制干擾信號(hào)的基本對(duì)策是：抑制干擾源.斷開(kāi)耦合模式，減少敏感設(shè)備對(duì)電磁敏感度電平的影響。

根據(jù)開(kāi)關(guān)電源的工作原理：開(kāi)關(guān)電源首先將工作頻率交流整流為直流，然后逆變?yōu)楦哳l交流，最后通過(guò)整流濾波輸出，獲得穩(wěn)定的交流電壓。在電路中，電源三極管.二極管的主要工作是開(kāi)關(guān)管，工作是微秒量級(jí)，三極管.二極管在開(kāi)閉旋轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)中升起.電流在下降時(shí)間內(nèi)變化很大.容易產(chǎn)生射頻能量，產(chǎn)生干擾源。同時(shí)，由于變壓器的泄漏和二極管反向恢復(fù)電流引起的峰值，也會(huì)形成隱性干擾信號(hào)。

開(kāi)關(guān)電源通常在高頻情況下工作，因此其分布電容不容忽視。一方面，由于其接觸面積大、絕緣薄，散熱器與開(kāi)關(guān)管的絕緣片之間的絕緣片在高頻時(shí)不容忽視。高頻電流通過(guò)分布電容流入散熱器，然后流入外殼，造成共模干擾；另一方面，脈沖變壓器的初級(jí)中間存在分布電容，可以直接將初級(jí)繞組電阻電壓耦合到次級(jí)繞組上，導(dǎo)致次級(jí)繞組上的共模干擾。

因此，開(kāi)關(guān)電源中的干擾源主要在于電壓.電流變化很大，比如開(kāi)關(guān)管.二極管.高頻變壓器等元件及其交流鍵入.整流導(dǎo)出電路部分。

三.抑制開(kāi)關(guān)電源干擾信號(hào)的措施

一般開(kāi)關(guān)電源EMI過(guò)濾技術(shù)通常用于操縱操作.屏蔽技術(shù).密封技術(shù).接地技術(shù)等。EMI根據(jù)傳播途徑，影響分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。開(kāi)關(guān)電源通常是傳導(dǎo)干擾，頻率范圍最約10kHz一30MHz。抑制傳導(dǎo)干擾的對(duì)策大多是10kHz一150kHz.150kHz一10MHz.10MHz以上三個(gè)頻段來(lái)解決。

①10kHz一150kHz范圍內(nèi)的關(guān)鍵是正常影響，一般采用通用LC解決過(guò)濾器。

②150kHz一10MHz共模抑制過(guò)濾器通常用于解決范圍內(nèi)的共模干擾。

③10MHz上述頻段的對(duì)策是改善過(guò)濾器的外觀，并采用電磁屏蔽對(duì)策。

1.選擇交流鍵入EMI過(guò)濾器

一般來(lái)說(shuō)，在導(dǎo)線上傳輸影響電流有兩種方式：共模法和差模法。共模干擾是負(fù)載液體與地面之間的影響，其影響大小和方向有任何相對(duì)于地面的電源.或者中線到地面之間，一般是由du/dt產(chǎn)生的，di/dt也會(huì)產(chǎn)生一定的共模干擾。

差模干擾是負(fù)載液體之間的影響:相同尺寸的影響.相反，電源相線與中線、相線和相線之間存在中間位置。影響電流不僅可以通過(guò)共模模式傳輸，還可以通過(guò)差模式傳輸。然而，只有當(dāng)共模干擾電流變?yōu)椴钅８蓴_電流時(shí)，才能影響有用的信號(hào)。

交流輸入網(wǎng)絡(luò)存在以上兩種影響，一般為低頻段差模干擾和高頻段共模干擾。一般來(lái)說(shuō)，差模干擾強(qiáng)度小.頻率低.影響?。还材８蓴_范圍大；.高頻率，還可以通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，造成較大的影響。如果選擇適度的交流電輸入端EMI過(guò)濾器可以有效地抑制干擾信號(hào)。電源線EMI過(guò)濾器的基本概念如圖1所示，其中差模電容C1.C2用于短路差模干擾電流，中間連接接地電容C3.C4用于短路共模干擾電流。共模扼流圈由雙股等粗線圈組成，線圈在一個(gè)磁芯中按同一方向纏繞。如果兩個(gè)線圈之間的磁耦合非常緊密，那么泄漏感就不會(huì)很大，電源線頻率范圍內(nèi)的差模電抗將變得非常小。當(dāng)負(fù)載電流通過(guò)共模扼流圈時(shí)，串聯(lián)在相線上的線圈形成的磁感應(yīng)線與串聯(lián)在中線上的線圈形成的磁力線方向相反，在磁芯中相互抵消。因此，即使在大負(fù)載電流的情況下，磁芯也不會(huì)飽和。但是對(duì)于共模干擾電流，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是同向的，會(huì)出現(xiàn)較大的電感，從而產(chǎn)生共模干擾信號(hào)的損耗。在這里，共模扼流圈采用高導(dǎo)磁率.鐵氧體永磁材料具有良好的頻率特性。

圖1.電源線過(guò)濾器基本電路圖

2.使用吸收電路改進(jìn)開(kāi)關(guān)波型

開(kāi)關(guān)管或二極管在開(kāi)關(guān)環(huán)節(jié)，由于變壓器泄漏和路線電感，二極管存儲(chǔ)電容和分布電容，易于開(kāi)關(guān)管集電極.發(fā)射極和二極管兩側(cè)的峰值電壓。一般來(lái)說(shuō)，選擇RC/RCD吸收回路，RCD圖2所示的浪涌電壓吸收回路。

圖2.RCD浪涌電壓吸收回路

當(dāng)吸收回路上的電壓超過(guò)一定強(qiáng)度時(shí)，每個(gè)裝置都會(huì)迅速斷開(kāi)，從而釋放浪涌能量，同時(shí)將浪涌電壓限制在一定強(qiáng)度。飽和磁芯線圈或微晶磁珠串聯(lián)在開(kāi)關(guān)管集電極和導(dǎo)出二極管的正導(dǎo)線上，材料一般為鈷(Co)，當(dāng)磁芯根據(jù)正常電流飽和時(shí)，電感不大。一旦電流反向通過(guò)，就會(huì)產(chǎn)生很大的反向電勢(shì)，可以有效抑制二極管VD反向浪涌電流。

3.使用開(kāi)關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)

頻率控制系統(tǒng)基于開(kāi)關(guān)，主要影響特定次數(shù)的能量，具有較大的頻帶峰值。如果這些動(dòng)能能夠分散在較寬的頻帶上，則可以達(dá)到降低擾頻帶峰值的效果。一般來(lái)說(shuō)，有兩種處理方法：任意頻率法和調(diào)制頻率法。

①任意頻率法

在電路開(kāi)關(guān)間距中添加一個(gè)任意振蕩部件，以在一定范圍內(nèi)分散開(kāi)關(guān)的影響動(dòng)能。研究發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)影響頻帶已從原來(lái)的離散峰值脈沖干擾轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)分布影響，峰值大大降低。

②調(diào)制頻率法

在鋸齒波中加入調(diào)制波（白噪聲），在受影響的離散頻段周?chē)a(chǎn)生邊緣頻段，將受影響的離散頻段分配成一個(gè)無(wú)處不在的頻段。這樣，影響動(dòng)能就會(huì)分散到這些無(wú)處不在的頻帶上。這種控制措施可以很好地抑制開(kāi)啟，而不影響轉(zhuǎn)換器的工作特性.關(guān)閉后的影響。

4.選擇軟開(kāi)關(guān)技術(shù)

開(kāi)關(guān)電源的影響之一是功率開(kāi)關(guān)管通/斷時(shí)du/dt，因此，降低功率開(kāi)關(guān)管通/斷du/dt這是抑制開(kāi)關(guān)電源影響的重要對(duì)策。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以減少開(kāi)關(guān)管/斷開(kāi)的數(shù)量du/dt。

如果在開(kāi)關(guān)電路的前提下添加一個(gè)小電感.電容器和其他諧振元件構(gòu)成一個(gè)輔助網(wǎng)絡(luò)。開(kāi)關(guān)過(guò)程前后引入諧振過(guò)程，使開(kāi)關(guān)開(kāi)啟前的電壓降至零，從而清除開(kāi)的電壓.減少電流重合的情況.甚至清除開(kāi)關(guān)的損耗和影響，這種電路被稱(chēng)為軟開(kāi)關(guān)電路。

根據(jù)上述原則，可以采用兩種方法，在開(kāi)關(guān)關(guān)閉前使電流為零，開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)不會(huì)造成損失和影響。這種關(guān)閉方法稱(chēng)為零電流關(guān)閉；或者在開(kāi)關(guān)打開(kāi)前使電壓為零，開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)不會(huì)造成損失和影響。這種開(kāi)啟方式稱(chēng)為零電壓開(kāi)啟。在許多情況下，不再?gòu)?qiáng)調(diào)打開(kāi)或關(guān)閉，只稱(chēng)為零電流開(kāi)關(guān)和零電壓開(kāi)關(guān)?；倦娐啡鐖D3和圖4所示。

圖4.零電流開(kāi)關(guān)諧振電路

圖5.零電流開(kāi)關(guān)諧振電路

一般采用軟開(kāi)關(guān)電路控制系統(tǒng)，合理的元件布局和印刷電路板布局.接地技術(shù)，開(kāi)關(guān)電源EMI具有一定的改善效果。

5.選擇電磁屏蔽對(duì)策

電磁屏蔽對(duì)策一般可有效抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射影響。開(kāi)關(guān)電源的屏蔽對(duì)策主要用于開(kāi)關(guān)管和高頻變壓器。

①針對(duì)開(kāi)關(guān)管

開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生大量熱量，需要安裝散熱器，使開(kāi)關(guān)管的集電極與散熱器之間產(chǎn)生較大的分布電容。因此，在開(kāi)關(guān)管的集電極與散熱器之間放置絕緣屏蔽金屬層，散熱器與外殼連接，金屬層接收熱端零電位，減少集電極與散熱器之間的連接電容，減少散熱器造成的輻射干擾。

②高頻變壓器

對(duì)于高頻變壓器，首先要根據(jù)導(dǎo)磁屏蔽特性選擇導(dǎo)磁結(jié)構(gòu)，如罐式鐵芯和El型鐵芯，導(dǎo)磁體屏蔽效果好。當(dāng)變壓器增加屏蔽時(shí)，屏蔽盒不應(yīng)靠近變電器外部，并應(yīng)留下一定的磁密度。如果選擇帶有磁密度的雙層屏蔽，屏蔽效果更好。此外，在高頻變壓器中，必須經(jīng)常清除初始.二次線圈之間的分布電容器可以沿著線圈的長(zhǎng)度在線圈之間墊上銅泊，以減少兩者之間的災(zāi)難。該引路帶環(huán)不僅與變壓器的鐵芯連接，還與電源的地面連接，起到靜電屏蔽的作用。如果條件允許，在整個(gè)開(kāi)關(guān)電源上安裝屏蔽罩，會(huì)更好地抑制輻射干擾。

四.結(jié)語(yǔ)

隨著開(kāi)關(guān)電源的容積越來(lái)越小.功率特別大，EMI測(cè)試問(wèn)題已成為開(kāi)關(guān)電源可靠性的關(guān)鍵要素。根據(jù)上述分析，選擇了EMI過(guò)濾技術(shù).屏蔽技術(shù).密封技術(shù)和接地技術(shù)能有效抑制.清除干擾源與受干擾設(shè)備之間的禍合和輻射，切斷干擾信號(hào)的傳播途徑，提高開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性。