開關電源電磁兼容性問題研究

國標也等同采用了相應的國際標準。如GB/T17626.1~12系列標準等同采用了IEC61000系列標準;GB9254-1998《信息技術設備的無線電干擾限值及測量方法》等同采用CISPR22;GB/T17618-1998《信息技術設備抗擾度限值和測量方法》等同采用CISPR24。

3 開關電源的電磁兼容性問題的由來

電磁兼容產(chǎn)生的3個要素為：干擾源、傳播途徑及受干擾體。

開關電源因工作在開關狀態(tài)下，其引起的電磁兼容性問題是相當復雜的。我們從開關電源的組成原理來分析其產(chǎn)生電磁干擾的原由。

開關電源的種類很多，按電路結構可分為串聯(lián)式和直流變換式兩種;按激勵方式可分為自激和他激兩種;按開關管的組合可分為單管、全橋、半橋、推挽，等等。然而，無論何種類型的開關電源，均是利用半導體器件作為開關，以開和關的時間比例來控制輸出電壓的高低。由于開關電源的工作頻率都在幾十至幾百kHz，所以線路中的電流和電壓變化率都很大，產(chǎn)生了很大的電磁干擾，它們會通過電源線以共模和差模的方式向外傳輸干擾，同時也會向周圍空間輻射干擾。圖1是普通開關電源線路圖，用于說明電源中電磁干擾的產(chǎn)生與耦合途徑。

圖1 開關電源電路簡圖

3.1輸入整流回路

在輸入整流回路中，整流管VD1~VD4只有在脈動電壓超過輸入濾波電容C1上的電壓的時候才能導通，電流才從市電電源輸入，并對C1進行充電。一旦C1上的電壓高于市電電源的瞬時電壓，整流管截止。所以，輸入整流回路的電流是脈沖性質(zhì)的，有著豐富的高次諧波電流。輸入電流與市電電源電壓的不同步，還導致了開關電源的功率因數(shù)低下。

3 .2開關回路

開關電源在工作時，開關管VT處于高頻通斷狀態(tài)，經(jīng)由高頻變壓器T的初級線圈、開關管VT和輸入濾波電容C1形成了一個高頻電流環(huán)路。這個環(huán)路的存在，就有可能對空間形成電磁輻射。

輸入濾波電容C1對電磁干擾的形成也有一定的影響，如果C1的電容量不足夠大，則輸入濾波效果不好，這時高頻電流還會以差模方式傳導到交流電源中去。

此外，在開關回路中，開關管驅(qū)動的負載是高頻變壓器的初級線圈，是電感性的，由于高頻變壓器的結構不是完全理想的，除了初級電感外，還存在一定的漏電感。所以，在開關管關斷的瞬間，變壓器中存儲的能量不能完全地傳送到次級，結果在高頻變壓器的漏電感上感應出一個尖峰高電壓，如果尖峰有足夠高的幅度，很有可能會造成開關管VT的擊穿。

3.3 次級整流回路

開關電源在工作時，次級整流回路的VD5也處于高頻通斷狀態(tài)。由高頻變壓器次級線圈、整流二極管VD5和濾波電容C2構成了高頻開關電流環(huán)路。由于有這個環(huán)路的存在，同樣也有可能對空間形成電磁輻射。

次級整流回路中的二極管在正向?qū)〞r，PN結被充電;在加反向電壓時，積累的電荷將被拋散，并因此產(chǎn)生反向電流，這個過程非常短暫。所以，在有分布電感和分布電容存在的回路里，實際上也形成了一個高頻的諧振電路，當二極管截止瞬間的電流變化非常劇熱時，在整個次級整流回路中會產(chǎn)生高頻衰減振蕩。

3.4控制回路

在控制回路中的脈沖控制信號是主要的干擾源，只不過與其它各項干擾源比較起來，控制回路的干擾比較小。

3.5由分布電容引起的干擾

(1)由初級回路開關管外殼與散熱器的容性耦合引起的共模傳導干擾 在初級回路中，開關管外殼與散熱器之間的容性耦合，會在電源輸入端產(chǎn)生傳導共模干擾。該共模傳導的途徑形成一個環(huán)路。該環(huán)路始于高du/dt的散熱器和安全接地線，通過交流電源的高頻導納和輸入電源線返回。