TOPSwitchⅡ開關(guān)電源具有單片集成化,、外圍電路簡(jiǎn)單、效率高的優(yōu)點(diǎn),，在大多數(shù)的電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用,。然而，開關(guān)電源自身產(chǎn)生的各種噪聲卻形成了一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源,。這些干擾隨著開關(guān)頻率的提高,、輸出功率的增大而明顯地增強(qiáng)，對(duì)電子設(shè)備的正常運(yùn)行構(gòu)成了潛在的威脅,；同時(shí),，一些國(guó)家對(duì)此也有嚴(yán)格的指標(biāo)，不能滿足者將被拒之門外,。本文以美國(guó)PI公司TOPSwitchⅡ系列為例,，介紹開關(guān)電源的電磁干擾及其抑制。
1 開關(guān)電源產(chǎn)生噪聲的原因
開關(guān)電源工作在高頻,、高壓,、大電流開關(guān)狀態(tài)，并以開和關(guān)的時(shí)間比來控制輸出電壓的高低,。TOPSwitchⅡ系列器件工作頻率為100kHz,，電源線路內(nèi)的dv/dt很大，產(chǎn)生的各種噪聲通過電源線以共模或差模方式向外傳導(dǎo),，同時(shí)還向周圍空間輻射噪聲,。圖1給出了一種典型TOPSwitchⅡ系列的開關(guān)電源電路圖，下面以此為例分析其產(chǎn)生噪聲的主要原因,。
1.1電源一次側(cè)回路的噪聲
在一次整流回路中,，整流二極管D1～D4只有在脈動(dòng)電壓超過C2的充電電壓的瞬間，電流才從電源輸入側(cè)流入,。所以,，一次整流回路產(chǎn)生高次畸變波，如圖1,，形成噪聲,，這是影響傳導(dǎo)輻射的一個(gè)重要指標(biāo)。此外,， 電源在工作時(shí),，TOPSwitchⅡ處于高頻率通斷狀態(tài)，在由脈沖變壓器初級(jí)線圈L1,、TOPSwitchⅡ和濾波器C2構(gòu)成的高頻電流環(huán)路中,，如果布局、布線不合適，造成環(huán)路面積過大,，可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射噪聲,。如圖2（A），為初級(jí)電流Ipri的波形,，其基波為開關(guān)頻率,，諧波即為干擾波形。
1.2 電源二次側(cè)回路的噪聲
電源在工作時(shí),，整流二極管D7也處于高頻通斷狀態(tài),，由脈沖變壓器次級(jí)線圈L2、整流二極管D7和濾波電容C6構(gòu)成了高頻開關(guān)電流環(huán)路,，如果布局,、布線不合適，造成環(huán)路面積過大,，可能向空間輻射噪聲,。同時(shí)，硅二極管在正向?qū)〞r(shí)ＰＮ結(jié)內(nèi)的電荷被積累,，二極管加反向電壓時(shí)積累的電荷將消失并產(chǎn)生反向電流,。由于二次整流回路中D7在開關(guān)轉(zhuǎn)換時(shí)頻率很高，即由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r(shí)間很短,，在短時(shí)間內(nèi)要讓存儲(chǔ)電荷消失就產(chǎn)生反電流的浪涌,。由于直流輸出線路中的分布電容、分布電感的存在,，使因浪涌引起的干擾成為高頻衰減振蕩,。如圖2(C)所示，Vd波形具有電壓變化率高,、上升沿和下降沿陡峭的特點(diǎn),。其峰值電壓由變壓器和輸出整流管的分布電容所決定。振鈴干擾波形的頻率變化是20-30MHZ,。
1.3脈沖變壓器的噪聲
脈沖變壓器是開關(guān)電源中進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存與傳輸?shù)闹匾考?，其性能的?yōu)劣，不僅對(duì)電源效率有較大的影響,，而且直接關(guān)系到電源電磁兼容性（EMC） ,。對(duì)EMC而言，要求脈沖變壓器漏感小,、繞組本身的分布電容及各繞組之間的耦合電容要小,。
2.開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)
抑制開關(guān)電源的噪聲可采取三方面的技術(shù)：一是濾波；二是變壓器的繞制,；三是屏蔽,。
2.1 濾波
針對(duì)開關(guān)電源主要通過電源線向外傳輸噪聲的特點(diǎn),，采用濾波技術(shù)抑制干擾，可分為：交流側(cè)濾波,、
直流側(cè)濾波及其他一些輔助措施。
(1)交流側(cè)濾波：開關(guān)電源的交流電源線輸入端插入共模和差模濾波器,，防止開關(guān)電源的共模和差模噪聲傳遞到電源線中,，影響電網(wǎng)中其它用電設(shè)備，同時(shí)也抑制來自電網(wǎng)的噪聲,。交流側(cè)濾波器如圖3A,、B、C,、D所示,，其中L為共模扼流圈，圖A,、B中的電容器C能濾除串模干擾,。圖C、D抑制電磁干擾的效果更佳,，圖C中的L,、C1和C2用來濾除共模干擾，C3和C4用來濾除串模干擾,，R為泄放電阻,，可將C3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性,；斷電后還能使電源的進(jìn)線端L,、N不帶電，保證用戶的安全,。
(2)直流側(cè)濾波：在開關(guān)電源的直流輸出側(cè)插入如圖3所示的電源濾波器,，它由共模扼流圈L1、扼流圈L2和電容C1,、C2組成,。為了防止磁芯在較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度下飽和而使扼流圈失去作用，扼流圈的磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度大的恒μ磁芯,。
(3)其他：C3為安全電容,，能濾除初、次級(jí)繞組耦合電容引起的干擾,。C8和R7并聯(lián)在D7兩端,，能防止D7在高頻開關(guān)狀態(tài)下產(chǎn)生自激振蕩（振鈴現(xiàn)象）；此外,，在二次側(cè)整流濾波器上串聯(lián)磁珠也有一定效果,。TOPSwitchⅡ由導(dǎo)通變成截止時(shí),，在開關(guān)電源的一次繞組上就會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓，這是由于脈沖變壓器漏感造成的,，通常用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）D6和超快恢復(fù)二極管（SRD）D5組成的電路進(jìn)行鉗位,，也有用R、C電路的,，但效果要稍差一些,。
2.2 減小脈沖變壓器的漏感及分布電容
對(duì)于一個(gè)符合絕緣及安全性標(biāo)準(zhǔn)的脈沖變壓器，其漏感量應(yīng)為次級(jí)開路時(shí)初級(jí)電感量的1％～3％,。在磁芯結(jié)構(gòu)尺寸,、繞線匝數(shù)一定的情況下，線圈的繞組排列是減小漏感的重要因素,，如圖4所示,，繞組應(yīng)按同心方式排列，全部用漆包線繞制,，留有安全邊距,，且在次級(jí)繞組與反饋繞組之間加上強(qiáng)化絕緣層。對(duì)于多路輸出的開關(guān)電源,，輸出功率最大的那個(gè)次級(jí)繞組應(yīng)靠近初級(jí),，以增加耦合，減小磁場(chǎng)泄漏,。當(dāng)次級(jí)匝數(shù)很少時(shí),，為了增加與初級(jí)的耦合，宜采用多股線平行并繞方式均勻分布在整個(gè)骨架上,，以增加覆蓋面積,。在條件允許的情況下，用箔繞組作為次級(jí)也是增加耦合的一種好辦法,?！ ?/p>
在開關(guān)電源的工作過程中，繞組的分布電容反復(fù)被充,、放電,，不僅使電源效率降低, ，它還與繞組的分布電感構(gòu)成LC振蕩器,，會(huì)產(chǎn)生振鈴噪聲,。初級(jí)繞組分布電容的影響尤為顯著。為減小分布電容,，應(yīng)盡量減小每匝導(dǎo)線的長(zhǎng)度,，并將初級(jí)繞組的始端接漏極，利用一部分初級(jí)繞組起到屏蔽作用,，減小相鄰繞組的分布參數(shù)耦合程度,。
2.3 屏蔽
抑制輻射噪聲的有效方法是屏蔽,。用導(dǎo)電良好的材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽，用導(dǎo)磁率高的材料對(duì)磁場(chǎng)屏蔽,。將電路置于屏蔽殼中,，屏蔽殼可靠接地或中性線，接縫處最好焊接,，以保證電磁的連續(xù)性,。
對(duì)于脈沖變壓器內(nèi)部而言的屏蔽，即在一次側(cè)和二次側(cè)間加屏蔽層,，簡(jiǎn)單的辦法，用漆包線均勻繞滿骨架一層,，繞組的一端接高壓+V端,，另一端浮空。如圖5所示,，減少了一,、二次側(cè)的電場(chǎng)的耦合干擾。此外,，將原邊繞在骨架最里邊,，原邊起始端與TOPSwitchⅡ的D端連接也是抑制干擾的有效方法。
為防止脈沖變壓器的泄漏磁場(chǎng)對(duì)相鄰電路造成干擾,，可把一銅片環(huán)繞在變壓器外部,，構(gòu)成如圖5所示的屏蔽帶。該屏蔽帶相當(dāng)于短路環(huán),，能對(duì)泄漏磁場(chǎng)起到抑制作用,，屏蔽帶應(yīng)與地接通。
3. 開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)考慮的因素還很多,，如印制板的制作,、元器件的布局以及各種電源線、信號(hào)線的捆扎,、配置等,，有許多工作要做。全面抑制開關(guān)電源的各種噪聲會(huì)大大提高開關(guān)電源的電磁兼容性,，使開關(guān)電源得到更廣泛的應(yīng)用,。