解決高頻開關電源的電磁兼容問題

根據鐵路客運專線標準規(guī)定，傳導騷擾限值和輻射騷擾限值如表1、2所示。

本開關電源一次通過了傳導騷擾的測試，測試波形如圖2、3所示。輻射騷擾高頻段230～1000MHz也測試合格，如圖5所示。只是在30～200MHz頻段范圍內的垂直極化指標超標，最大超標20dB，如圖4所示。

由測試結果可以看出，通過電磁兼容設計在傳導騷擾抑制方面取得了良好效果，在高頻段輻射騷擾的設計也達到了預期效果，下面還需對在30～200MHz頻段范圍內的輻射騷擾進行改進設計。

5 高頻開關電源輻射騷擾的改進設計

由圖4可以看出，本開關電源存在輻射騷擾超標的現(xiàn)象，為了抑制電磁騷擾而使用鐵氧體元件，價格便宜，效果明顯。鐵氧體元件等效電路是電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數。低頻時，R很小，L起主要作用，電磁騷擾被反射而受到抑制;高頻時，R增大，電磁騷擾被吸收并轉換成熱能，使高頻騷擾大大衰減。不同的鐵氧體抑制元件，有不同的最佳抑制頻率范圍?？傊?，選擇和安裝鐵氧體元件可參照如下幾條：

(1)鐵氧體的體積越大，抑制效果越好;

(2)在體積一定時，長而細的形狀比短而粗的抑制效果好;

(3)內徑越小抑制效果也越好;

(4)橫截面越大，越不易飽和;

(5)磁導率越高，抑制的頻率就越低;

(6)鐵氧體抑制元件應當安裝在靠近騷擾源的地方;

(7)在輸入、輸出導線上安裝時，應盡量靠近屏蔽殼的進、出口處。

根據上面對高頻開關電源騷擾源和鐵氧體元件的分析，決定在靠近騷擾源的地方套磁珠與磁環(huán)。圖1a中電容C1的接地端套鐵氧體磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5)，圖1b中整流二極管D1和D2使用肖特基二極管，其陽極套鐵氧體磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5)，直流輸出線纜用鐵氧體磁環(huán)(φ13.5×φ7.5×7)繞兩圈且靠近出口處。經過處理后重新測試，其掃描曲線如圖6所示。由此可見，大部分頻段的輻射騷擾已被抑制到標準要求以下，但在頻率81、138、165kHz附近處仍然超標。

根據對開關電源電磁騷擾源的分析可知，在圖1b電路中高頻變壓器T1也是一個騷擾源。為了阻止高頻變壓器產生的騷擾信號以輻射方式發(fā)射，把變壓器的外殼用屏蔽材料銅箔環(huán)繞一圈構成一回路加以屏蔽，以切斷變壓器通過空間耦合形成的輻射騷擾傳播途徑。并且為了減少因變壓器一次側開通時電流瞬間突變產生的di/dt騷擾，在變壓器T1的一次側串進1個電感，以減小器件的開通損耗，降低輻射騷擾信號。經過整改后，輻射騷擾大大下降，再次對本電源輻射騷擾進行測試，完全達到了標準要求，其測試結果如圖7所示。

6 結語

隨著高頻開關電源等電子產品電磁兼容重要性的凸現(xiàn)，我們應該在產品設計初期階段，同時進行電磁兼容設計，此時結構和電路方案尚未定型，可選用的方法較多。如果等到生產階段再去解決，不但給技術和工藝上帶來很大難度，而且會造成人力、財力和時間的極大浪費。所以，要走出設計修改法的誤區(qū)，正確運用系統(tǒng)設計法。

與EMI相關的因素多且復雜，僅做到上述的幾點措施是遠遠不夠的，還有接地技術、PCB布局走線等都很重要。電磁兼容的設計任重而道遠，我們要不斷進行研究探索，使我國的電子產品電磁兼容水平與國際同步。