国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心 天津市 300300）
摘要：开关电源的电磁干扰会对电子设备产生较大的影响，不仅无法保证电子设备的使用性能，同时，对设备自身及其他相关设备安全运行构成了威胁。要想降低干扰作用或者抑制干扰，就必须明确产生干扰的原因以及机理，然后结合实际运行情况进行细致的分析和研究，提出有针对性的干扰抑制方法，提高设备的运行质量。
关键词：开关电源；电磁干扰机理；抑制方法
一、开关电源电磁干扰产生的原因及机理
开关电源的作用是将工频的交流电流或降压整流后转化为直流电，再转化为高频电，最后经过整流滤波电路，输出直流电压，伴随着大量的谐波干扰，基于变压设备的漏感以及输出二极管的反向恢复电流，会产生尖峰，所以存在着电磁干扰。开关源中的干扰主要存在于电压以及电流等变化较为显著的元件中。
1.整流电路产生的电磁干扰
在输出侧的高频率的整流回路内，如果二极管处于正方向的导通状态，其反偏电压流向截止方向时，很多载流子在PN结中聚集，导致载流子在消失前，产生显著的电流值的改变。
2.开关电路产生的电磁干扰
开关电源的核心部分是开关电路，由两个部分构成，分别为开关管和高频变压设备。开关会产生幅度较大的脉冲，具有较宽的频带和丰富的谐波。产生脉冲干扰的主要原因为开关管负载属于高频变压线圈，是一类感性负载。当开关导通瞬间，线圈中存在极大的浪涌电流，在线圈的端部出现尖峰电压。在断开开关的瞬间，基于初级线圈存在漏磁通，所以部分能量会直接传入二次线圈，并没有流过一次线圈。在电感中存储的能量会与电路中的电阻、电容构成带有尖峰的震荡，以衰减的形式存在，在关断电压上叠加，形成关断电压尖峰。当电源的电压被中断时，会产生较大的磁化冲击电流瞬间改变，与线圈接通时产生的现象相互抑制，同样是一类传导形式的电磁干扰。不仅会导致变压设备受到影响，还会导致配电系统受到传导干扰作用，出现电网谐波电磁干扰，系统中的其他设备无法安全和稳定的运行，稳定性降低。
3.高频变压器
高频变压器的作用是实现隔离以及电压的调节。如果频率较高，可能会出现不完全隔离。在初级线圈以及次级线圈之间，存在变压器层间电容的电源噪音，当电容的滤波容量较小或者高频特性不良时，电容上的高频阻抗导致高频电流以差模的方式传输到交流电源中形成干扰。
4.分布电容引起的干扰
开关电源工作在高频状态，因而其分布电容不可忽略。一方面，散热片与开关管的集电极间的绝缘片，由于其接触面积较大，绝缘片较薄，因此两者间的分布电容在高频时不能忽略，高频电流会通过分布电容流到散热片上，再流到机壳地，产生共模干扰；另一方面，脉冲变压器的初次级之间存在着分布电容，可将原边电压直接耦合到副边上，在副边作直流输出的正负电源线上产生共模干扰。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
5.印制电路板的设计
元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印制电路板（PCB）走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。
三、抑制干扰的几种措施
形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而，抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原因；其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。
采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如，功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗，为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘，这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容，开关电源的底板是交流电源的地线，因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰，解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射、电磁干扰对其他电子设备的影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩，然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体，就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。例如，静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰；电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地，但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应，所以仍以接地为好，这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连，可为信号回路提供稳定的参考电位。因此，系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后，最终都与大地相连。
在电路系统设计中应遵循“单点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声，实际上很难实现“单点接地”。因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面（底板或多层印制板电路的导电平面层等）作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。滤波是抑制传导干扰的一种很好的方法。例如，在电源输入端接上滤波器，可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰，也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中，还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。
综上所述，开关电源技术是一项具有较强综合性的技术，包含了多个学科的专业知识，电磁干扰问题以及电子设备的兼容性问题已经逐渐成为技术人员和使用单位的关注重点，为了避免开关电源产生的电磁干扰对设备造成影响，要结合设备的实际状况，从不同的方面提出多种控制措施来抑制干扰，实现开关电源兼容性的显著提高，使其得到更加广泛的应用。
参考文献：
[1]刘先锋，王连群，赵培均，张武宏.开关电源电磁干扰抑制方法探讨[J].通讯电源技术，2011，28（2）：53-55.
[2]刘翔.小型开关电源的抗电磁干扰设计[J].电子设计工程.2013（05）.
[3]李春峰，徐洪进.浅析抑制开关电源电磁干扰的几点措施[J].中小企业管理与科技（下旬刊）.2010（09）.
论文作者:田鹏云1,陈小玲2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/7/11
标签：干扰论文; 开关电源论文; 抑制论文; 电磁干扰论文; 电容论文; 电路论文; 屏蔽论文; 《电力设备》2018年第1期论文;