利用濾波器抑制開關(guān)電源的電磁干擾

摘要：分析了開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的主要原因，介紹了利用濾波器抑制電磁干擾的原理以及濾波器的結(jié)構(gòu)和選用方法。
關(guān)鍵詞：開關(guān)電源電磁干擾電磁兼容性濾波器

1引言

開關(guān)電源與線性穩(wěn)壓電源相比，具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、穩(wěn)壓范圍寬等特點(diǎn)，廣泛用于計(jì)算機(jī)及外圍設(shè)備、通信、自動(dòng)控制、家用電器等領(lǐng)域。但開關(guān)電源的突出缺點(diǎn)是產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁干擾（EMI）。EMI信號(hào)既具有很寬的頻率范圍，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。如果處理不當(dāng)，開關(guān)電源本身就會(huì)變成一個(gè)干擾源。隨著電子產(chǎn)品的電磁兼容性（EMC）日益受到重視，抑制開關(guān)電源的EMI，提高電子產(chǎn)品的質(zhì)量，使之符合有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，已成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者越來(lái)越關(guān)注的問題。

2開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的原理

開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的原因較多，其中由基本整流器產(chǎn)生的電流高次諧波干擾和變壓器型功率轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾是主要原因。

基本整流器的整流過(guò)程是產(chǎn)生EMI最常見的原因。這是因?yàn)檎也娫赐ㄟ^(guò)整流器后變成單向脈動(dòng)電源已不再是單一頻率的電流，此電流波可分解為一直流分量和一系列頻率不同的交流分量之和。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，諧波（特別是高次諧波）會(huì)沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，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(guò)電源線產(chǎn)生射頻干擾。

變壓器型功率轉(zhuǎn)換電路用以實(shí)現(xiàn)變壓、變頻以及完成輸出電壓調(diào)整，是開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心，主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的尖峰電壓是一種有較大幅度的窄脈沖，其頻帶較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要原因是：

（1）開關(guān)功率晶體管感性負(fù)載是高頻變壓器或儲(chǔ)能電感在開關(guān)管導(dǎo)通的瞬間，變壓器初級(jí)出現(xiàn)很大的涌流，將造成尖峰噪聲。這個(gè)尖峰噪聲實(shí)際上是尖脈沖，輕者造成干擾，重者有可能擊穿開關(guān)管。

（2）由高頻變壓器產(chǎn)生的干擾當(dāng)原來(lái)導(dǎo)通的開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，變壓器的漏感所產(chǎn)生的反電勢(shì)

E=－Ldi/dt

其值與集電極的電流變化率（di/dt）成正比，與漏感量成正比，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰，形成傳導(dǎo)性電磁干擾，既影響變壓器的初級(jí)，還會(huì)傳導(dǎo)向配電系統(tǒng)，影響其它用電設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

（3）由輸出整流二極管產(chǎn)生的干擾在輸出整流二極管截止時(shí)，有一個(gè)反向電流，它恢復(fù)到零點(diǎn)的時(shí)間與結(jié)電容等因素有關(guān)。其中能將反向電流迅速恢復(fù)到零點(diǎn)的二級(jí)管稱為硬恢復(fù)特性二極管，這種二極管在變壓器漏感和其它分布參數(shù)的影響下，將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾，其頻率可達(dá)幾十MHz。

對(duì)上述開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI所采取的抑制措施，主要有正確選擇半導(dǎo)體器件、變壓器鐵芯材料和在開關(guān)電源的電路中采取屏蔽、接地、濾波等幾種方法。本文僅介紹濾波抑制措施。

圖1開關(guān)電源EMI濾波器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖2共模濾波網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

3抑制開關(guān)電源EMI的濾波措施

濾波是抑制干擾的一種有效措施，尤其是對(duì)開關(guān)電源EMI信號(hào)的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。任何電源線上傳導(dǎo)干擾信號(hào)，均可用差模和共模信號(hào)來(lái)表示。差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于對(duì)稱性干擾；共模干擾在導(dǎo)線與地（機(jī)殼）之間傳輸，屬于非對(duì)稱性干擾。在一般情況下，差模干擾幅度小、頻率低、所造成的干擾較小；共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。因此，欲削弱傳導(dǎo)干擾，把EMI信號(hào)控制在有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平以下，最有效的方法就是在開關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝EMI濾波器。開關(guān)電源的工作頻率約為10kHz～100kHz。EMC很多標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的傳導(dǎo)干擾電平的極限值都是從10kHz算起。對(duì)開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻段EMI信號(hào)，只要選擇適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娐坊蚓W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的EMI濾波器，就可得到滿意的效果。