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(kāi)關(guān)電源作為電子設(shè)備的供電裝置，具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)字電路中得到了廣泛的應(yīng)用，然而由于工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，屬于強(qiáng)干擾源，其本身 產(chǎn)生的干擾直接危害著電子設(shè)備的正常工作。因此，抑制開(kāi)關(guān)電源本身的電磁噪聲，同時(shí)提高其對(duì)電磁干擾的抗擾性，以保證電子設(shè)備能夠長(zhǎng)期安全可靠地工作，是 開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)重要課題。

1 開(kāi)關(guān)電源干擾的產(chǎn)生

開(kāi)關(guān)電源的干擾一般分為兩大類(lèi)：一是開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部元器件形成的干擾;二是由于外界因素影響而使開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)電源內(nèi)部干擾

開(kāi)關(guān)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(guò)程是產(chǎn)生EMI最常見(jiàn)的原因。這是因?yàn)楣ゎl交流正弦波通過(guò)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(huì)沿著輸電線(xiàn)路產(chǎn)生傳導(dǎo)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(xiàn)上的電流波形發(fā)生畸變，另一方面通過(guò)電源線(xiàn) 產(chǎn)生射頻干擾。

1.1.2 功率變換電路

功率變換電路是開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線(xiàn)間存在分布電容，當(dāng)開(kāi)關(guān)管流過(guò)大的脈沖電流(大體上是矩形波)時(shí)，該波形含有許多高頻成份;同時(shí)，關(guān)電 源使用的器件參數(shù)如開(kāi)關(guān)功率管的存儲(chǔ)時(shí)間，輸出級(jí)的大電流，開(kāi)關(guān)整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間，會(huì)造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流，另外，開(kāi)關(guān)管的負(fù)載是 高頻變壓器或儲(chǔ)能電感，在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的瞬間，變壓器初級(jí)出現(xiàn)很大的涌流，造成尖峰噪聲。

2)高頻變壓器開(kāi)關(guān)電源中的變壓器，用作隔離和變壓，但由于漏感的原因，會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲;同時(shí)，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(huì)將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次 級(jí)，而變壓器對(duì)外殼的分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周?chē)a(chǎn)生的電磁場(chǎng)更容易在其他引線(xiàn)上耦合形成噪聲。

3)整流二極管二次側(cè)整流二極管用作高頻整流時(shí)，由于反向恢復(fù)時(shí)間的因素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時(shí)不能立即消除(因載流子的存在，還有電 流流過(guò))。一旦這個(gè)反向電流恢復(fù)時(shí)的斜率過(guò)大，流過(guò)線(xiàn)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(qiáng)的高頻干擾，其頻率可達(dá)幾 十MHz。

4)電容、電感器和導(dǎo)線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源由于工作在較高頻率，會(huì)使低頻元件特性發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲。

1.2 開(kāi)關(guān)電源外部干擾　　開(kāi)關(guān)電源外部干擾可以以“共?！被颉安钅！狈绞酱嬖?。干擾類(lèi)型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進(jìn)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(lèi)型見(jiàn)表1。

在表1中的幾種干擾中，能夠通過(guò)電源進(jìn)行傳輸并造成設(shè)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(shè)備本身不產(chǎn) 生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象，就不會(huì)造成因電源引起的對(duì)用電設(shè)備的影響。

2 開(kāi)關(guān)電源干擾耦合途徑

開(kāi)關(guān)電源干擾耦合途徑有兩種方式：一種是傳導(dǎo)耦合方式，另一種是輻射耦合方式。

2.1 傳導(dǎo)耦合

傳導(dǎo)耦合是騷擾源與敏感設(shè)備之間的主要耦合途徑之一。傳導(dǎo)耦合必須在騷擾源與敏感設(shè)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(shè)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(kāi)關(guān)電源中，這3種耦合方式同時(shí)存在，互相聯(lián)系。

2.1.1 電路性耦合

電路性耦合是最常見(jiàn)、最簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)耦合方式。其又有以下幾種：

1)直接傳導(dǎo)耦合導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)過(guò)存在騷擾的環(huán)境時(shí)，即拾取騷擾能量并沿導(dǎo)線(xiàn)傳導(dǎo)至電路而造成對(duì)電路的干擾。

2)共阻抗耦合由于兩個(gè)以上電路有公共阻抗，當(dāng)兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會(huì)影響到另一個(gè)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(xiàn)的公共阻抗等。

2 .1.2 電容性耦合

電容性耦合也稱(chēng)為電耦合，由于兩個(gè)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(gè)電路的電荷通過(guò)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(chēng)為磁耦合，兩個(gè)電路之間存在互感時(shí)，當(dāng)干擾源是以電源形式出現(xiàn)時(shí)，此電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)互感耦合對(duì)鄰近信號(hào)形成干擾。