PDF《开关电源的电磁兼容性及抗电磁干扰设计》

126 2015.02 ・ 磁性元件与电源 电路感应耦合引发爆炸 ;

④为当代和未来战争的需要. 4!?????????????? 开关电源的 EMC 状况见图

1 所示.由图可见,电磁 兼容有三个要素 : 干扰源、传播途径和受干扰体.开关电 源工作在通断状态下,这就会引发复杂的电磁兼容性问题, 所以,我们将从开关电源的组成结构来探究 EMC 问题. 源的输入端整流管,在反向恢复期间会引起高频衰减振荡 而产生干扰.开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量, 通过开关电源的输入、输出线传播出去而形成的干扰称其 为传导干扰,而谐波和寄生振荡的能量通过输入、输出线 传播时,都会在空间产生电、磁场.这种通过电磁辐射产 生的干扰称之为辐射干扰. d. 产生 EMI 还有一些其他因素,如电子元器件的寄生 参数,印刷电路板 (PCB) 布线的随意性,电路设计的不够 完善合理等等,其中 PCB 产生的近场干扰尤为突出,因为 印刷电路板上放置、安装元件的位置、方向、高低等结构 因素都会造成EMI. 另外, 输入输出电源线布线的不合规范, 检测电路设计不合理等因素都会导致系统工作不稳定,或 降低对静电放电、 快速瞬变脉冲群、 雷击、 浪涌及传导干扰、 辐射干扰及辐射电磁场的抗干扰能力. 以上叙述了 EMC 的一般原由,但在具体解决电子设 备的 EMI 时,需要进行具体的分析,得有明确的认识.例如,某探测设备的驱动电源采用直流斩波式方波交流电源 驱动螺线管电磁铁往复运动,其驱动电源的负载为感性的 电磁线圈,在斩波时将产生严重的电磁干扰.因为感性电 磁线圈中的电流变化必然产生感应电动势,电流变化越快, 产生的感应电动势越大,该感应电动势将通过某些路径传 导耦合到放大器的输出级,从而产生严重的电磁干扰.而 这种设备如改用线性纯正弦波电源驱动,则干扰即可大大 减少. 再则, 要清楚地了解设备对电磁干扰可能的传播路径, 从而在布线、 接地和电磁屏蔽与隔离等方面采取措施, 等等. 5!??????? 众所周知,电磁干扰源的种类繁多,在自然界的电磁 干扰源就有 : 地球表面的磁场(其最大强度达 52A/m) 、电场(其平均强度为 130V/m) ,大气中的雷电、静电的电晕 放电、宇宙中星球的电磁噪声等 ;

人为的电磁干扰源则有 : 如含有整流子的直流电机换向时产生的电弧和电流变化, 电器开关动作时产生的电弧和电流变化,非线性元件工作 时产生的谐波,高频振荡器和无线电发射设备的电磁辐射, 汽车点火系统、医疗与工业用超声波发生器及生活中使用 的微波炉、 电磁炉产生的电磁脉冲等等.所以说, 大自然中, 电磁干扰源布遍每个角落. 对于电磁兼容性的研究与认识,一般运用 CISPR16 及IEC61000 中规定的电磁场检测仪器及各种干扰信号模拟 图1 开关电源的EMI类型 开关电源种类繁多,如按电路结构划分,则有串联式 和直流变换式 ;

若按激励方式可分为自激式和他激式 ;

按 开关管的组合可分为单管、全桥、半桥、推挽等等.然而, 无论何种类型的开关电源,均是利用半导体器件作为开关, 以通和断的时间比例来控制输出电压的高低.由于开关电 源的工作频率都在几十至几百 kHz,故电路中的电流和电 压变化率都很大,这就会产生很大的电磁干扰,它们将通 过电源线以共模和差模的方式向外传输干扰,同时又向周 围空间辐射干扰.现将主要产生机理概述如下. a. 二极管的反射恢复电流产生干扰.高频整流回路中 的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受 反偏电压而转向截止时,由于 PN 结中有较多载流子积累, 会在载流子消失之前的一段时间里产生电流的反向流动, 致使载流子消失的反向恢复电流急剧减小而产生很大的电 流变化和很高的尖峰电流. b. 开关管产生的谐波干扰.功率开关管在导通时流过 较大的脉冲电流.例如,正激型、推挽型和桥式变换器的 输入电流波形在阻性负载时近似于矩形波,故其中含有丰 富的高次谐波分量.当采用零电流、零电压开关时,这种 谐波干扰是很小的.但在功率开关管截止期间,高频变压 器绕组漏电感引起的电流突变则会产生尖峰干扰. c. 交流输入回路产生的干扰.无工频变压器的开关电 2015.02