0 引言

　　開(kāi)關(guān)電源作為電子設(shè)備的供電裝置，具有體積小,、重量輕,、效率高等優(yōu)點(diǎn),，在數(shù)字電路中得到了廣泛的應(yīng)用，然而由于工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài),，屬于強(qiáng)干擾源,，其本身產(chǎn)生的干擾直接危害著電子設(shè)備的正常工作。因此,，抑制開(kāi)關(guān)電源本身的電磁噪聲,，同時(shí)提高其對(duì)電磁干擾的抗擾性，以保證電子設(shè)備能夠長(zhǎng)期安全可靠地工作,，是開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源的一個(gè)重要課題,。

　　1 開(kāi)關(guān)電源干擾的產(chǎn)生

　　開(kāi)關(guān)電源的干擾一般分為兩大類(lèi)：一是開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部元器件形成的干擾；二是由于外界因素影響而使開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾,。兩者都涉及到人為因素和自然因素,。

　　1．1 開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部干擾

　　開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的EMI主要是由基本整流器產(chǎn)生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾。

　　1．1．1基本整流器

　　基本整流器的整流過(guò)程是產(chǎn)生EMI最常見(jiàn)的原因,。這是因?yàn)楣ゎl交流正弦波通過(guò)整流后不再是單一頻率的電流,，而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量，諧波（特別是高次諧波）會(huì)沿著輸電線(xiàn)路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾,，使前端電流發(fā)生畸變，一方面使接在其前端電源線(xiàn)上的電流波形發(fā)生畸變,，另一方面通過(guò)電源線(xiàn)產(chǎn)生射頻干擾,。

　　1 1．2功率變換電路

　　功率變換電路是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的核心，它產(chǎn)帶較寬且諧波比較豐富,。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要元器件為

　　1）開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線(xiàn)間存在分布電容,，當(dāng)開(kāi)關(guān)管流過(guò)大的脈沖電流（大體上是矩形波）時(shí)，該波形含有許多高頻成份,；同時(shí),，關(guān)電源使用的器件參數(shù)如開(kāi)關(guān)功率管的存儲(chǔ)時(shí)間，輸出級(jí)的大電流,，開(kāi)關(guān)整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間,，會(huì)造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流,，另外,，開(kāi)關(guān)管的負(fù)載是高頻變壓器或儲(chǔ)能電感，在開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通的瞬間,，變壓器初級(jí)出現(xiàn)很大的涌流,，造成尖峰噪聲。

　　2）高頻變壓器 開(kāi)關(guān)電源中的變壓器,，用作隔離和變壓,，但由于漏感的原因,，會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲；同時(shí),，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(huì)將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次級(jí),，而變壓器對(duì)外殼的分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周?chē)a(chǎn)生的電磁場(chǎng)更容易在其他引線(xiàn)上耦合形成噪聲,。

　　3）整流二極管二次側(cè)整流二極管用作高頻整流時(shí),，由于反向恢復(fù)時(shí)間的因素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時(shí)不能立即消除（因載流子的存在,，還有電流流過(guò)）,。一旦這個(gè)反向電流恢復(fù)時(shí)的斜率過(guò)大，流過(guò)線(xiàn)圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓,，在變壓器漏感和其他分布參數(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。

　　4）電容,、電感器和導(dǎo)線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源由于工作在較高頻率,，會(huì)使低頻元件特性發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲,。

　　1．2 開(kāi)關(guān)電源外部干擾

　　開(kāi)關(guān)電源外部干擾可以以“共模”或“差模”方式存在,。干擾類(lèi)型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進(jìn)行變化。其中也包括電壓變化,、頻率變化,、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等,，電源干擾的類(lèi)型見(jiàn)表1,。

　　在表1中的幾種干擾中，能夠通過(guò)電源進(jìn)行傳輸并造成設(shè)備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波,，而靜電放電等干擾只要電源設(shè)備本身不產(chǎn)生停振,、輸出電壓跌落等現(xiàn)象，就不會(huì)造成因電源引起的對(duì)用電設(shè)備的影響,。

　　2 開(kāi)關(guān)電源干擾耦合途徑

　　開(kāi)關(guān)電源干擾耦合途徑有兩種方式：一種是傳導(dǎo)耦合方式,，另一種是輻射耦合方式。

　　2．1 傳導(dǎo)耦合

　　傳導(dǎo)耦合是騷擾源與敏感設(shè)備之間的主要耦合途徑之一,。傳導(dǎo)耦合必須在騷擾源與敏感設(shè)備之間存在有完整的電路連接,，電磁騷擾沿著這一連接電路從騷擾源傳輸電磁騷擾至敏感設(shè)備，產(chǎn)生電磁干擾,。按其耦合方式可分為電路性耦合,、電容性耦合和電感性耦合。在開(kāi)關(guān)電源中，這3種耦合方式同時(shí)存在,，互相聯(lián)系,。

　　2．1．1電路性耦合

　　電路性耦合是最常見(jiàn)、最簡(jiǎn)單的傳導(dǎo)耦合方式,。其又有以下幾種：

　　1）直接傳導(dǎo)耦合導(dǎo)線(xiàn)經(jīng)過(guò)存在騷擾的環(huán)境時(shí),，即拾取騷擾能量并沿導(dǎo)線(xiàn)傳導(dǎo)至電路而造成對(duì)電路的干擾。

　　2）共阻抗耦合由于兩個(gè)以上電路有公共阻抗,，當(dāng)兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí),，一個(gè)電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會(huì)影響到另一個(gè)電路，這就是共阻抗耦合,。形成共阻抗耦合騷擾的有電源輸出阻抗,、接地線(xiàn)的公共阻抗等。

　　2 .1．2電容性耦合

　　電容性耦合也稱(chēng)為電耦合,，由于兩個(gè)電路之生的尖峰電壓是一種有較大幅度的窄脈沖,，其頻間存在寄生電容，使一個(gè)電路的電荷通過(guò)寄生電容影響到另一條支路,。

　　2.1.3 電感性耦合

　　電感性耦合也稱(chēng)為磁耦合,，兩個(gè)電路之間存在互感時(shí)，當(dāng)干擾源是以電源形式出現(xiàn)時(shí),，此電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)互感耦合對(duì)鄰近信號(hào)形成干擾,。

　　2．2 輻射耦合

　　通過(guò)輻射途徑造成的騷擾耦合稱(chēng)為輻射耦合。輻射耦合是以電磁場(chǎng)的形式將電磁能量從騷擾源經(jīng)空間傳輸?shù)浇邮芷?。通常存?種主要耦合途徑：天線(xiàn)耦合,、導(dǎo)線(xiàn)感應(yīng)耦合、閉合回路耦合和孔縫耦合,。

　　2．2．1 天線(xiàn)與天線(xiàn)間的輻射耦合

　　在實(shí)際工程中，存在大量的天線(xiàn)電磁耦合,。例如,，開(kāi)關(guān)電源中長(zhǎng)的信號(hào)線(xiàn)、控制線(xiàn),、輸入和輸出引線(xiàn)等具有天線(xiàn)效應(yīng),，能夠接收電磁騷擾，形成天線(xiàn)輻射耦合,。

　　2．2．2 電磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的感應(yīng)耦合

　　開(kāi)關(guān)電源的電纜線(xiàn)一般是由信號(hào)回路的連接線(xiàn),、功率級(jí)回路的供電線(xiàn)以及地線(xiàn)一起構(gòu)成，其中每一根導(dǎo)線(xiàn)都由輸入端阻抗,、輸出端阻抗和返回導(dǎo)線(xiàn)構(gòu)成一個(gè)回路,。因此，電纜線(xiàn)是內(nèi)部電路暴露在機(jī)箱外面的部分,，最易受到騷擾源輻射場(chǎng)的耦合而感應(yīng)出騷擾電壓或騷擾電流,，沿導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)入設(shè)備形成輻射騷擾,。

　　2．2．3 電磁場(chǎng)對(duì)閉合回路的耦合

　　電磁場(chǎng)對(duì)閉合回路的耦合是指回路受感應(yīng)最大部分的長(zhǎng)度小于波長(zhǎng)的1／4。在輻射騷擾電磁場(chǎng)的頻率比較低的情況下,，輻射騷擾電磁場(chǎng)與閉合回路的電磁耦合,。

　　2．2．4 電磁場(chǎng)通過(guò)孔縫的耦合

　　電磁場(chǎng)通過(guò)孔縫的耦合是指輻射騷擾電磁場(chǎng)通過(guò)非金屬設(shè)備外殼、金屬設(shè)備外殼上的孔縫,、電纜的編織金屬屏蔽體等對(duì)其內(nèi)部的電磁騷擾,。

　　3 抑制干擾的一些措施

　　形成電磁干擾的三要素是騷擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備,。因而,，抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面人手，采取適當(dāng)措施,。首先應(yīng)該抑制騷擾源,，直接消除干擾原因；其次是消除騷擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射,，切斷電磁干擾的傳播途徑,；第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力，減低其對(duì)噪聲的敏感度,。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁騷擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道,。常用的方法是屏蔽、接地和濾波,。

　　1）采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射干擾,，即用電導(dǎo)率良好的材料對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，用磁導(dǎo)率高的材料對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽,。屏蔽有兩個(gè)目的,，一是限制內(nèi)部輻射的電磁能量泄漏出，二是防止外來(lái)的輻射干擾進(jìn)入該內(nèi)部區(qū)域,。其原理是利用屏蔽體對(duì)電磁能量的反射,、吸收和引導(dǎo)作用。為了抑制開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的輻射,，電磁騷擾對(duì)其他電子設(shè)備的影響,，可完全按照對(duì)磁場(chǎng)屏蔽的方法來(lái)加工屏蔽罩，然后將整個(gè)屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體,，就能對(duì)電磁場(chǎng)進(jìn)行有效的屏蔽,。

　　2）所謂接地，就是在兩點(diǎn)間建立傳導(dǎo)通路,，以便將電子設(shè)備或元器件連接到某些叫作“地”的參考點(diǎn)上,。接地是開(kāi)關(guān)電源設(shè)備抑制電磁干擾的重要方法，電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則,，如果形成多點(diǎn)接地,，會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線(xiàn)穿過(guò)該環(huán)路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲,。實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”,，因此，為降低接地阻抗,，消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地,，利用一個(gè)導(dǎo)電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上,。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降,，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中,，應(yīng)分別將低頻電路,、高頻電路、功率電路的地線(xiàn)單獨(dú)連接后,，再連接到公共參考點(diǎn)上,。

　　3）濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的有效方法，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)中具有極其重要的作用,。EMI濾波器作為抑制電源線(xiàn)傳導(dǎo)干擾的重要單元,，可以抑制來(lái)自電網(wǎng)的干擾對(duì)電源本身的侵害，也可以抑制由開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾,。在濾波電路中,，還采用很多專(zhuān)用的濾波元件，如穿心電容器,、三端電容器,、鐵氧體磁環(huán)，它們能夠改善電路的濾波特性,。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或選擇濾波器,，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分,。

　　選擇濾波器時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：

　　（1）明確工作頻率和所要抑制的干擾頻率,，如兩者非常接近,，則需要應(yīng)用頻率特性非常陡峭的濾波器，才能把兩種頻率分開(kāi),；

　?。?）保證濾波器在高壓情況下能夠可靠地工作；

　　（3）濾波器連續(xù)通以最大額定電流時(shí),，其溫升要低,，以保證在該額定電流連續(xù)工作時(shí)，不破壞濾波器中元件的工作性能,；

　?。?）為使工作時(shí)的濾波器頻率特性與設(shè)計(jì)值相符合，要求與它連接的信號(hào)源阻抗和負(fù)載阻抗的數(shù)值等于設(shè)計(jì)時(shí)的規(guī)定值：

　?。?）濾波器必須具有屏蔽結(jié)構(gòu),，屏蔽箱蓋和本體要有良好的電接觸，濾波器的電容引線(xiàn)應(yīng)盡量短,，最好選用短引線(xiàn)低電感的穿心電容,；

　　（6）要有較高的工作可靠性,，因?yàn)樽鞣雷o(hù)電磁干擾用的濾波器,，其故障往往比其他元器件的故障更難找。

　　安裝濾波器時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　?。?）電源線(xiàn)路濾波器應(yīng)安裝在離設(shè)備電源人口盡量靠近的地方,，不要讓未經(jīng)過(guò)濾波器的電源線(xiàn)在設(shè)備框內(nèi)迂回；

　?。?）濾波器中的電容器引線(xiàn)應(yīng)盡可能短,，以免因引線(xiàn)感抗和容抗在較低頻率上諧振；

　?。?）濾波器的接地導(dǎo)線(xiàn)上有很大的短路電流通過(guò),，會(huì)引起附加的電磁輻射，故應(yīng)對(duì)濾波器元件本身進(jìn)行良好的屏蔽和接地處理,；

　?。?）濾波器的輸人和輸出線(xiàn)不能交叉，否則會(huì)因?yàn)V波器的輸入和輸出電容耦合通路引起串?dāng)_,，從而降低濾波特性,，通常的辦法是輸入和輸出端之間加隔板或屏蔽層。

　　4 結(jié)語(yǔ)

　　開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的因素還有很多,，抑制電磁干擾還有大量的工作要做,。全面抑制開(kāi)關(guān)電源的各種噪聲將使開(kāi)關(guān)電源更加安全可靠地運(yùn)行。