開(kāi)關(guān)電源是一種應(yīng)用功率半導(dǎo)體器件并綜合電力變換技術(shù)、電子電磁技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等的電力電子產(chǎn)品。因其具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、工作穩(wěn)定、安全可靠以及穩(wěn)壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、通信、電子儀器、工業(yè)自動(dòng)控制、國(guó)防及家用電器等領(lǐng)域。但是開(kāi)關(guān)電源瞬態(tài)響應(yīng)較差、易產(chǎn)生電磁干擾(EMD，且EMI信號(hào)占有很寬的頻率范圍，并具有一定的幅度。這些EMI信號(hào)經(jīng)過(guò)傳導(dǎo)和輻射方式污染電磁環(huán)境，對(duì)通信設(shè)備和電子儀器造成干擾，因而在一定程度上限制了開(kāi)關(guān)電源的使用。
開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的原因
電磁干擾 (EMI，Electromagneticlnterference)是一種電子系統(tǒng)或分系統(tǒng)受非預(yù)期的電磁擾動(dòng)造成的性能損害。它由三個(gè)基本要素組成:干擾源，即產(chǎn)生電磁干擾能量的設(shè)備;藕合途徑，即傳輸電磁干擾的通路或媒介;敏感設(shè)備，即受電磁干擾而被損害的器件、設(shè)備、分系統(tǒng)或系統(tǒng)。基于此，控制電磁干擾的基本措施就是:抑制干擾源、切斷禍合途徑及降低敏感設(shè)備對(duì)干擾的響應(yīng)或增加電磁敏感性電平。
根據(jù)開(kāi)關(guān)電源工作原理知:開(kāi)關(guān)電源首先將工頻交流電整流為直流電，再逆變?yōu)楦哳l交流電，最后經(jīng)過(guò)整流濾波輸出，得到穩(wěn)定的直流電壓。在電路中，功率三極管、二極管主要工作在開(kāi)關(guān)管狀態(tài)，且工作在微秒量級(jí);三極管、二極管在開(kāi)一閉翻轉(zhuǎn)過(guò)程中，在上升、下降時(shí)間內(nèi)電流變化大、易產(chǎn)生射頻能量，形成干擾源。同時(shí)，由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復(fù)電流造成的尖峰，也會(huì)形成潛在的電磁干擾。
開(kāi)關(guān)電源通常工作在高頻狀態(tài)，頻率在02 kHz以上，因而其分布電容不可忽略。一方面散熱片與開(kāi)關(guān)管的集電極間的絕緣片，由于其接觸面積較大，絕緣片較薄，因此，兩者間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略，高頻電流會(huì)通過(guò)分布電容流到散熱片上，再流到機(jī)殼地，產(chǎn)生共模千擾;另一方面脈沖變壓器的初次級(jí)之間存在著分布電容，可將初級(jí)繞組電壓直接禍合到次級(jí)繞組上，在次級(jí)繞組作直流輸出的兩條電源線上產(chǎn)生共模干擾。
因此 ， 開(kāi)關(guān)電源中的干擾源主要集中在電壓、電流變化大，如開(kāi)關(guān)管、二極管、高頻變壓器等元件，以及交流輸人、整流輸出電路部分。
抑制開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的措施
通常開(kāi)關(guān)電源EMI控制主要采用濾波技術(shù)、屏蔽技術(shù)、密封技術(shù)、接地技術(shù)等。EMI干擾按傳播途徑分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。開(kāi)關(guān)電源主要是傳導(dǎo)干擾，且頻率范圍最寬，約為10kHz一30MHz。抑制傳導(dǎo)干擾的對(duì)策基本上10kHz一150kHz、150kHz一10MHz、10MHz以上三個(gè)頻段來(lái)解決。10kHz一150kHz范圍內(nèi)主要是常態(tài)干擾，一般采用通用LC濾波器來(lái)解決。150kHz一10 MHz范圍內(nèi)主要是共模干擾，通常采用共模抑制濾波器來(lái)解決。10MHz以上頻段的對(duì)策是改進(jìn)濾波器的外形以及采取電磁屏蔽措施。
采用交流輸入EMI濾波器
通常干擾電流在導(dǎo)線上傳輸時(shí)有兩種方式:共模方式和差模方式。共模干擾是載流體與大地之間的干擾:干擾大小和方向一致，存在于電源任何一相對(duì)大地、或中線對(duì)大地間，主要是由du/dt產(chǎn)生的，di/dt也產(chǎn)生一定的共模干擾。而差模干擾是載流體之間的干擾:干擾大小相等、方向相反，存在于電源相線與中線及相線與相線之間。干擾電流在導(dǎo)線上傳輸時(shí)既可以共模方式出現(xiàn)，也可以差模方式出現(xiàn);但共模干擾電流只有變成差模干擾電流后，才能對(duì)有用信號(hào)構(gòu)成干擾。
交流電源輸人線上存在以上兩種干擾，通常為低頻段差模干擾和高頻段共模干擾。在一般情況下差模干擾幅度小、頻率低、造成的干擾小;共模干擾幅度大、頻率高，還可以通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，造成的干擾較大。若在交流電源輸人端采用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器，則可有效地抑制電磁干擾。電源線EMI濾波器基本原理如圖1所示，其中差模電容C1、C2用來(lái)短路差模干擾電流，而中間連線接地電容C3、C4則用來(lái)短路共模干擾電流。共模扼流圈是由兩股等粗并且按同方向繞制在一個(gè)磁芯上的線圈組成。如果兩個(gè)線圈之間的磁藕合非常緊密，那么漏感就會(huì)很小，在電源線頻率范圍內(nèi)差
模電抗將會(huì)變得很小;當(dāng)負(fù)載電流流過(guò)共模扼流圈時(shí)，串聯(lián)在相線上的線圈所產(chǎn)生的磁力線和串聯(lián)在中線上線圈所產(chǎn)生的磁力線方向相反，它們?cè)诖判局邢嗷サ窒Ｒ虼思词乖诖筘?fù)載電流的情況下，磁芯也不會(huì)飽和。而對(duì)于共模干擾電流，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是同方向的，會(huì)呈現(xiàn)較大電感，從而起到衰減共模干擾信號(hào)的作用。這里共模扼流圈要采用導(dǎo)磁率高、頻率特性較佳的鐵氧體磁性材料。
圖1 電源線濾波器基本電路圖
利用吸收回路改善開(kāi)關(guān)波形
開(kāi)關(guān) 管 或 二極管在開(kāi)通和關(guān)斷過(guò)程中，由于存在變壓器漏感和線路電感，二極管存儲(chǔ)電容和分布電容，容易在開(kāi)關(guān)管集電極、發(fā)射極兩端和二極管上產(chǎn)生尖峰電壓。通常情況下采用RC/RCD吸收回路，RCD浪涌電壓吸收回路如圖2所示。
圖2 RCD浪涌電壓吸收回路
當(dāng)吸收回路上的電壓超過(guò)一定幅度時(shí)，各器件迅速導(dǎo)通，從而將浪涌能量泄放掉，同時(shí)將浪涌電壓限制在一定的幅度。在開(kāi)關(guān)管集電極和輸出二極管的正極引線上串接可飽和磁芯線圈或微晶磁珠，材質(zhì)一般為鈷(Co)，當(dāng)通過(guò)正常電流時(shí)磁芯飽和，電感量很小。一旦電流要反向流過(guò)時(shí)，它將產(chǎn)生很大的反電勢(shì)，這樣就能有效地抑制二極管VD的反向浪涌電流。
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