電源的干擾分析及其抑制措施

電源的干擾分析及其抑制措施

開關電源作為電子設備的供電裝置，具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點，在數(shù)字電路中得到了廣泛的應用，然而由于工作在高頻開關狀態(tài)，屬于強干擾源，其本身 產(chǎn)生的干擾直接危害著電子設備的正常工作。因此，抑制開關電源本身的電磁噪聲，同時提高其對電磁干擾的抗擾性，以保證電子設備能夠長期安全可靠地工作，是 開發(fā)和設計開關電源的一個重要課題。

1 開關電源干擾的產(chǎn)生

開關電源的干擾一般分為兩大類：一是開關電源內部元器件形成的干擾;二是由于外界因素影響而使開關電源產(chǎn)生的干擾。兩者都涉及到人為因素和自然因素。

1.1 開關電源內部干擾

開關電源產(chǎn)生的EMI主要是由基本整流器產(chǎn)生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾。

1.1.1 基本整流器

基本整流器的整流過程是產(chǎn)生EMI最常見的原因。這是因為工頻交流正弦波通過整流后不再是單一頻率的電流，而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量， 諧波(特別是高次諧波)會沿著輸電線路產(chǎn)生傳導干擾和輻射干擾，使前端電流發(fā)生畸變，一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變，另一方面通過電源線 產(chǎn)生射頻干擾。

1.1.2 功率變換電路

功率變換電路是開關穩(wěn)壓電源的核心，它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要元器件為

1)開關管開關管及其散熱器與外殼和電源內部的引線間存在分布電容，當開關管流過大的脈沖電流(大體上是矩形波)時，該波形含有許多高頻成份;同時，關電 源使用的器件參數(shù)如開關功率管的存儲時間，輸出級的大電流，開關整流二極管的反向恢復時間，會造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流，另外，開關管的負載是 高頻變壓器或儲能電感，在開關管導通的瞬間，變壓器初級出現(xiàn)很大的涌流，造成尖峰噪聲。

2)高頻變壓器開關電源中的變壓器，用作隔離和變壓，但由于漏感的原因，會產(chǎn)生電磁感應噪聲;同時，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會將一次側高次諧波噪聲傳遞給次 級，而變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場更容易在其他引線上耦合形成噪聲。

3)整流二極管二次側整流二極管用作高頻整流時，由于反向恢復時間的因素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立即消除(因載流子的存在，還有電 流流過)。一旦這個反向電流恢復時的斜率過大，流過線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓，在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強的高頻干擾，其頻率可達幾 十MHz。

4)電容、電感器和導線開關電源由于工作在較高頻率，會使低頻元件特性發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲。

1.2 開關電源外部干擾　　開關電源外部干擾可以以“共?！被颉安钅！狈绞酱嬖?。干擾類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失 真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等，電源干擾的類型見表1。

在表1中的幾種干擾中，能夠通過電源進行傳輸并造成設備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波，而靜電放電等干擾只要電源設備本身不產(chǎn) 生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象，就不會造成因電源引起的對用電設備的影響。

2 開關電源干擾耦合途徑

開關電源干擾耦合途徑有兩種方式：一種是傳導耦合方式，另一種是輻射耦合方式。

2.1 傳導耦合

傳導耦合是騷擾源與敏感設備之間的主要耦合途徑之一。傳導耦合必須在騷擾源與敏感設備之間存在有完整的電路連接，電磁騷擾沿著這一連接電路從騷擾源傳輸電 磁騷擾至敏感設備，產(chǎn)生電磁干擾。按其耦合方式可分為電路性耦合、電容性耦合和電感性耦合。在開關電源中，這3種耦合方式同時存在，互相聯(lián)系。

2.1.1 電路性耦合

電路性耦合是最常見、最簡單的傳導耦合方式。其又有以下幾種：

1)直接傳導耦合導線經(jīng)過存在騷擾的環(huán)境時，即拾取騷擾能量并沿導線傳導至電路而造成對電路的干擾。

2)共阻抗耦合由于兩個以上電路有公共阻抗，當兩個電路的電流流經(jīng)一個公共阻抗時，一個電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會影響到另一個電路，這就是 共阻抗耦合。形成共阻抗耦合騷擾的有電源輸出阻抗、接地線的公共阻抗等。

2 .1.2 電容性耦合

電容性耦合也稱為電耦合，由于兩個電路之生的尖峰電壓是一種有較大幅度的窄脈沖，其頻間存在寄生電容，使一個電路的電荷通過寄生電容影響到另一條支路。

2.1.3 電感性耦合

電感性耦合也稱為磁耦合，兩個電路之間存在互感時，當干擾源是以電源形式出現(xiàn)時，此電流所產(chǎn)生的磁場通過互感耦合對鄰近信號形成干擾。