大功率開關(guān)電源的EMC測試及EMI濾波器的選擇

開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。由于開關(guān)電源固有的特點(diǎn)，自身產(chǎn)生的各種噪聲卻形成一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源。所產(chǎn)生的干擾隨著輸出功率的增大而明顯地增強(qiáng)，使整個(gè)電網(wǎng)的諧波污染狀況愈加嚴(yán)重。對電子設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成了潛在的威脅，因此解決開關(guān)電源的電磁干擾是減小電網(wǎng)污染的必要手段，本文對一臺15kW開關(guān)電源的EMC測試，分析其測試結(jié)果，并介紹如何合理地正確選擇EMI濾波器，以達(dá)到理想的抑制效果。

1 開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)理

圖1為所測的15kW開關(guān)電源的傳導(dǎo)騷擾值，由圖中可以看出在0、15～15MHz大范圍超差。這是因?yàn)殚_關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾噪聲所為。開關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾噪聲分為差模噪聲和共模噪聲。

圖1未加任何抑制措施所測得的傳導(dǎo)騷擾

1.1共模噪聲

共模噪聲是由共模電流，IcM所產(chǎn)生，其特征是以相同幅度、相同相位往返于任一電源線(L、N)與地線之間的噪聲電流所產(chǎn)生。圖2為典型的開關(guān)電源共模噪聲發(fā)射路徑的電原理圖。

圖2 共模噪聲電原理圖

由于開關(guān)電源的頻率較高，在開關(guān)變壓器原、副邊及開關(guān)管外殼及其散熱器(如接地)之間存在分布電容。當(dāng)開關(guān)管由導(dǎo)通切換到關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，開關(guān)變壓器分布電容(漏感等)存儲的能量會(huì)與開關(guān)管集電極與地之問的分布電容進(jìn)行能量交換，產(chǎn)生衰減振蕩，導(dǎo)致開關(guān)管集電極與發(fā)射極之間的電壓迅速上升。這個(gè)按開關(guān)頻率工作的脈沖束電流經(jīng)集電極與地之問的分布電容返回任一電源線，而產(chǎn)牛共模噪聲。1.2差模噪聲

差模噪聲是由差模電流IDM昕產(chǎn)生，其特征是往返于相線和零線之間且相位相反的噪聲電流所產(chǎn)生。

1.2.1差模輸入傳導(dǎo)噪聲

圖3為典型的開關(guān)電源差模輸入傳導(dǎo)噪聲的電原理圖。

其一是當(dāng)開關(guān)電源的開關(guān)管由關(guān)斷切換到導(dǎo)通時(shí)，回路電容C 通過開關(guān)管放電形成浪涌電流，它在回路阻抗上產(chǎn)生的電壓就是差模噪聲。

圖3差模輸入傳導(dǎo)噪聲電原理圖

其二是工頻差模脈動(dòng)噪聲，它是由整流濾波電容c 在整流電壓上升與下降期問的充放電過程中而產(chǎn)生的脈動(dòng)電流與放電電流，也含有大量諧波成分構(gòu)成差模噪聲。

以上兩種差模噪聲都返回到輸入端的交流電網(wǎng)，所以稱為輸入傳導(dǎo)噪聲，它不僅污染電網(wǎng)，還給其它接人電網(wǎng)的電子、電氣設(shè)備造成危害，還直接導(dǎo)致輸入功率因數(shù)的下降。

1.2.2 差模輸出傳導(dǎo)噪聲

第三種差模噪聲是輸出傳導(dǎo)噪聲，它是整流輸出部分二極管由正偏轉(zhuǎn)為反偏時(shí)，反向電流與二極管結(jié)電容、分布電感產(chǎn)生尖峰電壓而造成的差模噪聲，圖4為典型的半波整流濾波電路：