開關(guān)電源的EMC技術(shù)

　　1 減小騷擾源的騷擾強(qiáng)度

　　選擇合適的開關(guān)電源的工作方式不同，他們的產(chǎn)生的電磁騷擾強(qiáng)度及所產(chǎn)生的電磁騷擾控制難度是不同的。例如：自激式開關(guān)電源在負(fù)載輕重不同時(shí)不但脈沖寬度會(huì)改變，其開關(guān)頻率變化很大，這樣給克服開關(guān)脈沖騷擾和控制其傳播帶來(lái)很大的難度；他激式開關(guān)電源開關(guān)頻率不變，它靠改變脈沖寬度來(lái)保持輸出穩(wěn)定。顯然，他激式開關(guān)電源更容易控制電磁騷擾。隔離型開關(guān)電源比隔離型開關(guān)電源騷擾小。橋式整流產(chǎn)生的騷擾比其它整流方式產(chǎn)生的騷擾小。光耦隔離比變壓器隔離的騷擾更容易控制。對(duì) 隔離型開關(guān)電源諧振型比極性反轉(zhuǎn)型騷擾小多了。

　　開關(guān)電源的工作頻率也與騷擾強(qiáng)度密相關(guān)。低的開關(guān)電源工作頻率不但可以減小騷擾的高頻分量，其傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的傳播效率會(huì)大大降低。實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們進(jìn)行工作方式選擇時(shí)，綜合考慮其電磁容性能，這樣往往可以取到事功倍的效果。至于工作頻率，在不增加成本和影響工作效率的情況下當(dāng)然是越小越好。

　　選擇合適的電路元件

　　開關(guān)電源電路是開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁騷擾最直接和最主要的來(lái)源。在開關(guān)回路中，開關(guān)管是核心。我們實(shí)際設(shè)計(jì)和測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，我們用同樣耐壓的電流容量的不同品牌的開關(guān)管進(jìn)行輻射騷擾測(cè)試，整體騷擾最大的與最小的可能相差 15-20ｄＢ。

　　對(duì)傳導(dǎo)騷擾的頻率高端，我們也發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象（對(duì)傳導(dǎo)騷擾的頻率低端這種現(xiàn)象沒(méi)有高端明顯）。這與開關(guān)管在設(shè)計(jì)中有否考慮電磁容有關(guān)。好的開關(guān)管在設(shè)計(jì)中考慮到了高頻率抑制信開關(guān)瞬間的震蕩并顧了轉(zhuǎn)換效率。這種開關(guān)管成本可能會(huì)高些。開關(guān)回路中另一關(guān)鍵部件是脈沖變壓器，脈沖變壓器，對(duì)電磁容的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是初級(jí)線圈與次級(jí)線圈間加靜電屏層并引出接地，該接地線盡量靠近開關(guān)管的發(fā)射極接直流輸入的 0Ｖ地（熱地），這樣可以大大減小分布電容ｃｄ，從而減小了初、次級(jí)的電場(chǎng)的耦合騷擾。

　　為了減小脈沖變壓器的漏磁，可以選擇封閉磁芯（如圓環(huán)），封閉磁芯比開口磁芯的漏磁小。不可以通過(guò)在脈沖變壓器外包高磁導(dǎo)率的屏材料抑制漏磁，從 而減小了通過(guò)漏磁輻射的騷擾。開關(guān)回路中的Ｃ1 選擇也很關(guān)鍵，選擇高頻特性良好的電容或在其上并聯(lián)一個(gè)高頻電容，降低高頻阻抗，可以減少高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中去形成傳導(dǎo)騷擾。在二次整流回路中，整流二極管Ｄ2 常關(guān)鍵。在低壓大電流 的整流回路中，快速恢復(fù)的肖特基是一種較好的選擇。對(duì)高壓輸出電路可選用其它快速恢復(fù)二極管或帶軟恢復(fù)特性的二極管。

　　騷擾吸收回路

　　可在開關(guān)回路的開關(guān)Ｔ兩端并聯(lián)ＲＣ吸收回中如圖 3（ｂ）所示，或在開關(guān)管Ｔ兩端并聯(lián)ＲＣ吸收回路如圖 3（ａ）所示，或在 ＲＣ/ＤＲＣ回路可吸收天開關(guān)管Ｔ接通和斷開瞬間產(chǎn)生的較高的浪涌尖峰電壓，降低開關(guān)回路的騷擾。如圖 3（ｃ）所示，在輸出端的整流二極管Ｄ2 和Ｄ1 正極引線中串接帶可飽和磁芯的線圈或微晶磁珠（ｃｏ系）ｓｃ1、ｓｃ2。可飽和磁芯線圈/微晶磁珠在通過(guò)正常電流時(shí)磁芯飽和，電感量很小，不會(huì)影響電路正常工作，一旦電流要反向流過(guò)時(shí)，它將產(chǎn)生很大的反電勢(shì)，阻止反向電流的上，因此將它與二極管Ｄ1、Ｄ2 串聯(lián)就能有效地抑制二極管Ｄ2 的反向浪涌電流?；站Т胖榭梢灾苯犹自诙O管的引線上，使用方便，效果也比ＲＣ吸收回路好。另外，Ｄ1、Ｌ、Ｃ2組成的濾波網(wǎng)絡(luò)可以更好濾除輸出直流中的高頻紋波，減小輸出端的高頻差模騷擾。

　　一次整流回路中ＰＦＣ網(wǎng)絡(luò)

　　對(duì)一次整流回路，最顯著的騷擾是整流回路對(duì)交流電網(wǎng)的選擇性取電引起的供電網(wǎng)絡(luò)的波形畸變，功率因素偏低。為解決這個(gè)問(wèn)題，可在一次整流回路加入現(xiàn)成的ＰＦＣ（功率因素控制）模板。該模塊分有源和無(wú)源兩種，有源模板效果更好，但電路復(fù)雜，成本較高。為了更適合所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，也有公司提供ＰＦＣ電路后一可將功率因素從 0.4 提到 0.9 以上。可以使所設(shè)計(jì)的開關(guān)電源順利通過(guò)ＧＢ176250.1－1998 的電流諧波測(cè)試。
2. 切斷騷擾傳播途徑

　　濾波技術(shù)

　　濾波技術(shù)是抑制的一種有效措施，其是在對(duì)付開關(guān)電源ＥＭＩ信號(hào)的傳導(dǎo)某些輻射騷擾方面，具有明顯的效果，電源線上的騷擾電路以兩種形式出現(xiàn)：一種是在火線零線回路中，其騷擾被稱為差模騷擾；另一種是在和火線、零線與地和大地的回路中，稱為共模騷擾。

　　差模騷擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于對(duì)稱性騷擾，共模騷擾在導(dǎo)線與地（機(jī)殼）之間傳輸，屬于非對(duì)稱性騷擾。通常 20KHZ 以下時(shí)，差模騷擾成分占主要成分。1MHZ 以上時(shí)，共模騷擾成分占主要成分。在一般情況下，差模騷擾頻率高，還可以通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。因此，欲削弱傳導(dǎo)騷擾，把 EMI 信號(hào)控制在有關(guān) EMC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平以下。

　　除抑制騷擾源以外，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信號(hào)，只要選擇相應(yīng)的去耦電路或 EMI 濾波器，就不滿足 EMC 標(biāo)準(zhǔn)的濾波效果。減小差模式傳達(dá)室導(dǎo)騷擾的方法是在電源線上串聯(lián)差模扼流圈、在地與導(dǎo)線之間并聯(lián)電容器、組成 LC 濾波器進(jìn)行濾波，濾去共模傳達(dá)室導(dǎo)噪聲。共模扼流圈是將電源線的零線和火線同方向在鐵氧體磁芯上構(gòu)成的，它對(duì)線間流動(dòng)的電源電流阻抗很小，而對(duì)兩面三刀根線與地之間流過(guò)的共模電流阻抗則很大。

　　對(duì)開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，輸入電源端是電磁騷擾從交流電源端是電磁騷擾從交流電網(wǎng)傳入內(nèi)部和內(nèi)部騷擾反向注入電網(wǎng)的主要途徑。為此必須在電源入口處安裝一個(gè)低通濾波器，這個(gè)濾波器只容許設(shè)備的工作頻率（50HZ、60HZ、400HZ）通過(guò)，而對(duì)較高頻率的騷擾有很大的損耗，由于這個(gè)濾波器專門用于設(shè)備電源，所以稱為電源濾波器。電源濾波器對(duì)差模騷擾和共模騷擾都抑制作用，但由于電路結(jié)構(gòu)不同，對(duì)差模騷擾和共模騷擾的抑制效果不一樣。所以濾波器的技術(shù)指標(biāo)中有差模插入損耗和共模插入損耗之分。

　　對(duì)交流供電的開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有輸入電源濾波電路，要通過(guò)電磁容測(cè)試是很難想象的，典型的交泫電源濾波網(wǎng)絡(luò)見圖 4 所示。共模式扼流圈 LC1 由兩個(gè)在同一個(gè)高磁導(dǎo)率磁芯上的組成，它們的結(jié)構(gòu)使差模電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消。這種結(jié)構(gòu)可以以較小體積得較大的電感值，通常 1——10MHZ 并且不用擔(dān)心由于工作電流導(dǎo)至飽和。每個(gè)組的電感可以減相對(duì)與地的共模干擾電流，但只有漏電感才能衰減差模干擾電流。因此，濾波器差模特性在很大程度上受線索圈的結(jié)構(gòu)的影響，因?yàn)榫€圈電感能夠提供較大的差模衰減，但付出的代價(jià)是磁芯的飽和電流降低。

　　共模電容器 CY1 和 CY2 衰減共模干擾，當(dāng) CX3 很大時(shí)，這兩個(gè)電容器對(duì)差模沒(méi)有太大的影響。CY 電容器的有效性在很大程度上由設(shè)備的共模源阻抗決定。共模源阻抗一般是耦合到地的寄生電容的數(shù)，它由電路的結(jié)構(gòu)方式和電源變壓器初級(jí)——次級(jí)電容等決定，一般會(huì)超過(guò) 1000PF。由 CY 的分流作用提供的共模減一般不會(huì)超過(guò) 15——20dB。共模扼流圈組合（如圖 4 中的 Lc2、Cx2）。

　　差模電容器 CX1 和 CX2（3）只衰減差模干擾電流，它們的電容值可以較大，通常為 0.1—0.47UF。注意源和負(fù)載的阻抗可能很低，以致于電容器起不到作用，

　　因此根據(jù)具體情況，可以省略一只電容器。例如，一只 0.1UF10ohm，而對(duì)于一個(gè)數(shù)百的電源，從 CX3 的電容值幾乎沒(méi)有效果，這時(shí) CX3 右取消。

　　在許多場(chǎng)合，典型結(jié)構(gòu)的濾波器不能提供滿意的衰減效果。例如，必須滿足最嚴(yán)格發(fā)射限制的大功率開關(guān)電源，或有較大的共模干擾耦合的場(chǎng)合，或需要較高的輸入瞬態(tài)抗抗度的場(chǎng)合?；緸V波器可以通過(guò)一些途徑來(lái)擴(kuò)展。附加的差模扼流圈 Ld1、Ld2，這是在 L 和 N 線上立的線圈，它們互相沒(méi)有影響，因此對(duì)差模信號(hào)呈現(xiàn)更高的陰阻抗，它們與 CX 配合在一起提供更大的衰減。由于它們要保證在滿額工作電流的情況下發(fā)生飽和，困此對(duì)于一定的電感量，它們更重，體積更大。

　　地線扼流圈：這增加