開關(guān)電源電磁干擾抑制方法淺析

　　高新技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的大量使用，電源作為供電部分也越來越受到人們重視。開關(guān)電源于其體積小、重量輕、效率高等特點(diǎn)，正逐步取代線性電源，成為電源的主流，但是，其缺點(diǎn)——高頻工作條件下產(chǎn)生電磁干擾（Electromagnetic Interference，EMI）——成為不容忽視的問題，阻礙了電源的發(fā)展。

　　EMI 信號(hào)占有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)過在電路、空間中的傳導(dǎo)和輻射,污染了周圍的電磁環(huán)境，影響了與其它電子設(shè)備的電磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）性。本文就電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，重點(diǎn)總結(jié)了幾種近年來提出的抑制開關(guān)電源電磁干擾產(chǎn)生及傳播的方法。

　　2 開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理

　　開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種；若按耦合通路來分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。以下按噪聲干擾源來做一說明；

　　2.1 開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾

　　功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí)，這種諧波干擾將會(huì)很小。另外，功率開關(guān)管在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。

　　2.2 二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾

　　高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí)，由于 PN 結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里，電流會(huì)反向流動(dòng)，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化（di / dt）。

　　2.3 交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

　　無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾；而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時(shí)，都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

　　2.4 其他原因

　　元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB 的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成 EMI 干擾。

　　3 開關(guān)電源 EMI 的特點(diǎn)

　　作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大，干擾源主要集中在功率開關(guān)器件以及與之相關(guān)聯(lián)的散熱器和高頻變壓器上，開關(guān)頻率不高（從幾千赫茲到幾兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾；而印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了 PCB 分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。

　　4 幾種電磁干擾抑制方法

　　4.1 調(diào)制頻率控制

　　調(diào)制頻率（Modulate Frequency）控制是通過將開關(guān)信號(hào)的能量調(diào)制分布在一個(gè)很寬的頻帶上，產(chǎn)生一系列的分立邊頻帶，則干擾頻譜可以展開，干擾能量被分成小份分布在這些分立頻段上，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)開關(guān)電源電磁干擾的抑制。

　　其主要原理是：將主開關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)制，在主頻帶周圍產(chǎn)生一系列的邊頻帶，從而將噪聲能量分布在很寬的頻帶上，降低了干擾。這種控制方法的關(guān)鍵是對(duì)頻率進(jìn)行調(diào)制，使開關(guān)能量分布在邊頻的范圍，且幅值受調(diào)制系數(shù) β的影響（調(diào)制系數(shù) β=Δ f / fm，Δ f 為相鄰邊頻帶間隔，fm 為調(diào)制頻率），一般 β 越大調(diào)制效果越好。其控制波形如圖 1 所示。

　　圖 即為一個(gè)根據(jù)調(diào)制頻率原理設(shè)計(jì)的控制電路。這種控制方法可以在不影響變換器工作特性的情況下，很好地抑制開通、關(guān)斷時(shí)的干擾。

　　4.2 無源緩沖電路控制

　　開關(guān)變換器中電磁干擾是在開關(guān)管開關(guān)時(shí)刻產(chǎn)生的。以整流二極管為例，在開通時(shí)，其導(dǎo)通電流不僅引起大量的開通損耗，還產(chǎn)生很大的 di / dt，導(dǎo)致電磁干擾；而在關(guān)斷時(shí)，其兩端的電壓快速升高，有很大的 dv / dt，從而產(chǎn)生電磁干擾。緩沖電路不僅可以抑制開通時(shí)的 dv / dt、限制關(guān)斷時(shí)的 dv / dt，還具有電路簡(jiǎn)單、成本較低的特點(diǎn)，因而得到了廣泛應(yīng)用。但是傳統(tǒng)的緩沖電路中往往采用有源輔助開關(guān)，電路復(fù)雜不易控制，并有可能導(dǎo)致更高的電壓或電流應(yīng)力，降低了可*性。因此許多新的無源緩沖器應(yīng)運(yùn)而生，以下分別予以總結(jié)介紹。

　　4.2.1 二極管反向恢復(fù)電流抑制電路