電路的EMC分析

　　與電源開關(guān)管V1的集電極相連的電路，也是產(chǎn)生共模干擾信號的主要原因。因為在整個開關(guān)電源電路中，數(shù)電源開關(guān)管V1集電極的電位最高，最高可達600 V以上，其他電路的電位都比它低，因此電源開關(guān)管V1的集電極與其他電路（也包括電源輸入端的引線）之間存在很強的電場，在電場的作用下，電路會產(chǎn)生位移電流，這個位移電流基本屬于共模干擾信號。

　　圖2中的電容器C1，C2和差模電感器L1對i1，i2和i3差模干擾信號有很強的抑制能力。由于C1，C2在電源線拔出時還會帶電，容易觸電傷人，所以在電源輸入的兩端要接一個放電電阻R1。

　　對共模干擾信號i4要進行完全抑制，一般很困難，特別是沒有金屬機殼屏蔽的情況下，因為在感應(yīng)產(chǎn)生共模干擾信號的回路中，其中的一個“元器件”是線路板與大地之間的等效電容，此“元器件”的數(shù)值一般是不穩(wěn)定的，進行設(shè)計時對指標要留有足夠的余量。圖2中L2和C3，C4是共模干擾信號抑制電路器件，在輸入功率較大的電路中，L2一般要用兩個，甚至三個，其中一個多為環(huán)形磁心電感。

　　根據(jù)上面分析，產(chǎn)生電磁干擾的主要原因是i1流過的主要回路，這個回路主要由電容器C5、變壓器T1初級和電源開關(guān)管V1組成。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，這個回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：

　　e=dφ／dt=SdB／dt

　　式中：e為感應(yīng)電動勢；φ為磁通量；S為電流回路的面積；B為磁感應(yīng)強度，其值與電流強度成正比；dφ／dt為磁通變化率。由此可見，感應(yīng)電動勢與電流回路的面積成正比。因此要減小電磁干擾，首先要設(shè)法減小電流回路的面積，特別是i1電流流過的回路面積。另外，為了減少變壓器漏感對周圍電路產(chǎn)生電磁感應(yīng)的影響，一方面要求心量減小變壓器的漏感；另一方面，在變壓器的外圍包一層薄銅皮，以構(gòu)成一個低阻抗短路線圈，通過渦流消耗漏感產(chǎn)生的感應(yīng)能量。

　?。?）對輻射干擾信號的抑制。電磁輻射干擾也是通過電磁感應(yīng)的方式，由帶電體或電流回路及磁感應(yīng)回路對外產(chǎn)生電磁輻射的。任何一根導(dǎo)體都可以看作一根電磁感應(yīng)天線，任何一個電流回路都可以看作一個環(huán)形天線，電感線圈和變壓器漏感也是電磁感應(yīng)輻射的重要器件。要想完全抑制電磁輻射是不可能的，但通過對電路進行合理設(shè)計，或者采取部分屏蔽措施，可以大大減輕電磁干擾的輻射。

　　例如，盡量縮短電路引線的長度和減小電流回路的面積，是減小電磁輻射的有效方法；正確使用儲能濾波電容，把儲能濾波電容盡量近地安裝在有源器件電源引線的兩端，每個有源器件獨立供電，或單獨用一個儲能濾波電容供電（充滿電的電容可以看成是一個獨立電源），防止各電路中的有源器件（放大器）通過電源線和地線產(chǎn)生串擾；把電源引線的地和信號源的地嚴格分開，或?qū)π盘栆€采取雙線并行對中交叉的方法，讓干擾信號互相抵消，也是一種減小電磁輻射的有效方法；利用散熱片也可以對電磁干擾進行局部屏蔽，對信號引線還可以采取雙地線并行屏蔽的方法，讓信號線夾在兩條平行地線的中間，這相當于雙回路，干擾信號也會互相抵消，屏蔽效果非常顯著；機器或敏感器件采用金屬外殼是最好的屏蔽電磁干擾方法，但非金屬外殼也可以噴涂導(dǎo)電材料（如石墨）進行電磁干擾屏蔽。

　?。?）對高壓的靜電的消除。圖1中，如果輸出電壓高于1 000 V，必須考慮靜電消除。雖然大多數(shù)的開關(guān)電源都采取變壓器進行“冷熱地”隔離，由于“熱地”，也叫“初級地”，通過電網(wǎng)可構(gòu)成回路，當人體接觸到“初級地”時會“觸電”，所以人們都把“初級地”叫作“熱地”，表示不能觸摸的意思。而“冷地”也叫“次級地”，盡管電壓很高，但它與大地不構(gòu)成回路，當人體接觸到“次級地”時不會“觸電”，因此，人們都把“次級地” 叫作“冷地”，表示可以觸摸的意思。但不管是“冷地”或者是“熱地”，其對大地的電位差都不可能是零，即還是會帶電。如彩色電視機中的開關(guān)電源，“熱地” 對大地的電位差，其峰峰值大約有400 V；“冷地”對大地的電位差，其峰峰值大約有1 500 V。

　　“熱地”帶電比較好理解，而“冷地”帶電一般人是難以理解的?！袄涞亍睅щ婋妷菏怯勺儔浩鞔渭壆a(chǎn)生的。雖然變壓器次級的一端與“冷地”連接，但真正的零電位是在變壓器次級線圈的中心，或整流輸出濾波電容器介質(zhì)的中間。這一點稱為電源的“浮地”，即它為零電位，但又不與大地相連。由此可知，“冷地”帶電的電壓正好等于輸出電壓的50％，如電視機顯像管的高壓陽極需要大約30 000 V的高壓，真正的零電位是在高壓濾波電容（顯像管石墨層之間的電容）的中間，或高壓包的中間抽頭處，由此可以求出電視機中冷地與地之間的靜電電壓大約為 15 000 V。同理，“熱地”回路的“浮地”是在儲能濾波電容器C5的中間，所以正常情況下“熱地”帶電電壓為整流輸出的50％，其峰值約為200 V。如把開關(guān)管導(dǎo)通或截止時產(chǎn)生的反電動勢也疊加在其之上，其峰峰值大約有400 V。

　　圖2中的R3就是用來降低“冷地”與大地之間靜電電壓的，C8的作用是降低冷、熱地之間的動態(tài)電阻。一般數(shù)字電路IC的耐壓都很低，如果“冷地”帶電的電壓很高，通過靜電感應(yīng)，或人體觸摸，很容易就會把IC擊穿。EMC常用標準如下：

　　EMC通用系列標準：IEC61000-4-X；

　　工業(yè)環(huán)境抗擾度通用標準：EN50082-2；

　　脈沖電流諧波測試標準：IEC61000-3-2；

　　交流電源閃爍測試標準：IEC61000-3-3。

　　圖3中的R3就是用來降低冷地與大地之間靜電電壓的，C8的作用是降低冷熱地之間的動態(tài)電阻。一般數(shù)字電路IC的耐壓都很低，如果“冷地”帶電的電壓很高，通過靜電感應(yīng)，或人體觸摸，很容易就會把IC擊穿。

　　3 結(jié) 語

　　隨著開關(guān)電源不斷向高頻化發(fā)展，其抗干擾問題顯得越發(fā)重要。在開發(fā)和設(shè)計開關(guān)電源中，如何有效抑制開關(guān)電源的電磁干擾，同時提高開關(guān)電源本身對電磁干擾的抗干擾能力是一個重要課題。在抗干擾設(shè)計時，幾種抗干擾措施既相互獨立又相互聯(lián)系，必須同時采用多種措施才能達到良好的抗干擾效果。