通信開關(guān)電源的EMI-EMC設(shè)計(jì)

通信開關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，其特點(diǎn)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(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛地應(yīng)用于程控交換、光數(shù)據(jù)傳輸、無(wú)線基站、有線電視系統(tǒng)及IP網(wǎng)絡(luò)中，是信息技術(shù)設(shè)備正常工作的核心動(dòng)力。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過(guò)程本身就是電磁干擾(EMD)源，他產(chǎn)生的電磁干擾EMI信號(hào)有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)傳導(dǎo)和輻射會(huì)污染電磁環(huán)境，對(duì)通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。
　　
同時(shí)，通信開關(guān)電源要有很強(qiáng)的抗電磁干擾的能力，特別是對(duì)雷擊、浪涌、電網(wǎng)電壓、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁波、靜電放電、脈沖串、電壓跌落、射頻電磁場(chǎng)傳導(dǎo)抗擾性、輻射抗擾性、傳導(dǎo)發(fā)射、輻射發(fā)射等項(xiàng)目需要滿足有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
　　
開關(guān)電源引起電磁兼容性的原因
　　
通信開關(guān)電源因工作在高電壓大電流的開關(guān)工作狀態(tài)下，其引起電磁兼容性問題的原因是相當(dāng)復(fù)雜的。按耦合通路來(lái)分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種；按照干擾信號(hào)對(duì)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(dǎo)干擾信號(hào)，都可表示成共模和差模干擾兩種方式。
　　
在開關(guān)電源中，主功率開關(guān)管在高電壓、大電流或以高頻開關(guān)方式工作下，開關(guān)電壓及開關(guān)電流的波形在阻性負(fù)載時(shí)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(chǎng)、電流的流動(dòng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)，以及豐富的諧波電壓電流的高頻部分在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從而造成設(shè)備內(nèi)部工作的不穩(wěn)定，使設(shè)備的性能降低。同時(shí)，由于電源變壓器的漏電感及分布電容，以及主功率開關(guān)器件的工作狀態(tài)非理想，在高頻開或關(guān)時(shí)，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(guò)開關(guān)管與散熱器問的分布電容傳人內(nèi)部電路或通過(guò)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(duì)開關(guān)電源產(chǎn)生干擾，開關(guān)電源在受到電磁干擾的同時(shí)也對(duì)電網(wǎng)其他設(shè)備以及負(fù)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(jìn)行開關(guān)電源EMI／EMC設(shè)計(jì)時(shí)，一方面要防止開關(guān)電源對(duì)電網(wǎng)和附近的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾；另一方面要加強(qiáng)開關(guān)電源本身對(duì)電磁干擾環(huán)境的適應(yīng)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(dāng)開關(guān)管轉(zhuǎn)為“關(guān)”時(shí)，集電極與發(fā)射極間的電壓快速上升達(dá)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(gè)按開關(guān)頻率工作的脈沖串電流是共模噪聲。這個(gè)電壓會(huì)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(jí)之間的分布電容，CP2為開關(guān)電源與散熱器之間的分布電容(即開關(guān)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。