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)，廣泛用于計算機(jī)及外圍設(shè)備、通信、自動控制、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)和輻射會污染電磁環(huán)境，對通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。如果處理不當(dāng)，開關(guān)電源本身就會變成一個干擾源。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)計者越來越關(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程是產(chǎn)生EMI最常見的原因。這是因為正弦波電源通過整流器后變成單向脈動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。實驗結(jié)果表明，諧波（特別是高次諧波）會沿著輸電線路產(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，另一方面通過電源線產(chǎn)生射頻干擾。

變壓器型功率轉(zhuǎn)換電路用以實現(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能電感在開關(guān)管導(dǎo)通的瞬間，變壓器初級出現(xiàn)很大的涌流，將造成尖峰噪聲。這個尖峰噪聲實際上是尖脈沖，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)原來導(dǎo)通的開關(guān)管關(guān)斷時，變壓器的漏感所產(chǎn)生的反電勢

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，還會傳導(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，有一個反向電流，它恢復(fù)到零點(diǎn)的時間與結(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，尤其是對開關(guān)電源EMI信號的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。任何電源線上傳導(dǎo)干擾信號，均可用差模和共模信號來表示。差模干擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于對稱性干擾；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。對開關(guān)電源產(chǎn)生的高頻段EMI信號，只要選擇適當(dāng)?shù)娜ヱ铍娐坊蚓W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為簡單的EMI濾波器，就可得到滿意的效果。