通信開關電源的EMI-EMC設計

通信開關電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術，其特點是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高，另外還有體積小、重量輕、具有遠程監(jiān)控等優(yōu)點，因此被廣泛地應用于程控交換、光數(shù)據(jù)傳輸、無線基站、有線電視系統(tǒng)及IP網(wǎng)絡中，是信息技術設備正常工作的核心動力。然而，由于其開關器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程本身就是電磁干擾(EMD)源，他產(chǎn)生的電磁干擾EMI信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)傳導和輻射會污染電磁環(huán)境，對通信設備和電子產(chǎn)品造成干擾。
　　
同時，通信開關電源要有很強的抗電磁干擾的能力，特別是對雷擊、浪涌、電網(wǎng)電壓、電場、磁場、電磁波、靜電放電、脈沖串、電壓跌落、射頻電磁場傳導抗擾性、輻射抗擾性、傳導發(fā)射、輻射發(fā)射等項目需要滿足有關EMC標準的規(guī)定。
　　
開關電源引起電磁兼容性的原因
　　
通信開關電源因工作在高電壓大電流的開關工作狀態(tài)下，其引起電磁兼容性問題的原因是相當復雜的。按耦合通路來分，可分為傳導干擾和輻射干擾兩種；按照干擾信號對于電路作用的形態(tài)不同，可將電源系統(tǒng)內(nèi)的干擾分為共模干擾和差模干擾兩種。通常，線路電源線上的任何傳導干擾信號，都可表示成共模和差模干擾兩種方式。
　　
在開關電源中，主功率開關管在高電壓、大電流或以高頻開關方式工作下，開關電壓及開關電流的波形在阻性負載時近似為方波，其中含有豐富的高次諧波分量。由于電壓差可以產(chǎn)生電場、電流的流動可以產(chǎn)生磁場，以及豐富的諧波電壓電流的高頻部分在設備內(nèi)部產(chǎn)生電磁場，從而造成設備內(nèi)部工作的不穩(wěn)定，使設備的性能降低。同時，由于電源變壓器的漏電感及分布電容，以及主功率開關器件的工作狀態(tài)非理想，在高頻開或關時，常常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波振蕩，該諧波振蕩產(chǎn)生的高次諧波，通過開關管與散熱器問的分布電容傳人內(nèi)部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。
　　
如圖1所示，電網(wǎng)中含有的共模和差模噪聲對開關電源產(chǎn)生干擾，開關電源在受到電磁干擾的同時也對電網(wǎng)其他設備以及負載產(chǎn)生電磁干擾，例如返回噪聲、輸出噪聲和輻射干擾等。進行開關電源EMI／EMC設計時，一方面要防止開關電源對電網(wǎng)和附近的電子設備產(chǎn)生干擾；另一方面要加強開關電源本身對電磁干擾環(huán)境的適應能力。下面用等效電路分別介紹共模和差模干擾產(chǎn)生的原因及路徑。

如圖2所示，當開關管轉為“關”時，集電極與發(fā)射極間的電壓快速上升達500V，他產(chǎn)生的電流經(jīng)集電極與地之間的分布電容返回整流橋，這個按開關頻率工作的脈沖串電流是共模噪聲。這個電壓會引起共模電流Icm2向CP2充電和共模電流Icm1向CP1充電，其中CP1為變壓器初、次級之間的分布電容，CP2為開關電源與散熱器之間的分布電容(即開關管集電極與地之間的分布電容)。則線路中共模電流總大小為Icm1+Icm2。