开关电源的电磁干扰及其抑制技术探究

开关电源的电磁干扰及其抑制技术探究

陈昌斌

湖北省信产通信服务有限公司科技咨询分公司??湖北省武汉市???430074

摘要：本文围绕开关电源的电磁干扰议题进行了探讨，概述了电磁干扰产生机理，分析了电磁干扰的成因，提出了开关电源的电磁干扰抑制技术，供相关人士参考。

关键词：电磁干扰、开关电源、干扰抑制

1引言

开关电源是一类常见的电气设备，应用十分广泛。在实际应用中，电磁干扰是影响开关电源使用工况和使用寿命的严重问题，如何减少电磁干扰对开关电源的不利影响，是业内人员关注和研究的热点。

2开关电源电磁干扰的产生机理

开关电源受到电磁干扰的机理如下：

开关电路中存在一定的电磁干扰。开关电源系统是由高频变压器电路和管路构成的，其中存在一定的脉冲电磁电压，还存在不稳定谐波。当开关连接和断开的瞬间，高频变压器初级线圈产生较大的电压脉冲，内部电流出现磁化，电源受到电磁干扰。

整流电路中存在一定的电磁干扰。在正常通路中，整流电路中的二极管中含有正向电流，当开关断开的瞬间，二极管中的电流会受到反向电压的影响，造成电流出现逆向电流束，这部分逆向电流束中携带大量的高频率谐波，对电源造成电磁干扰。

高频电压器中存在一定的电磁干扰。由于高频电压器内部电流环路存在空间辐射，并且环路中的滤波电容会将不同频率的电流传导进电源中，因而会对电源产生电磁干扰。

3开关电源电磁干扰的产生原因

二极管在高频电流回路中产生的正向电流受到反向电压阻拦，导致载流子不断聚集，当堆积到一定程度后，二极管中的正向电流难以通过，内部电流呈现逆向运动，伴随着载流子的方向改变，造成急剧的电流变化，二极管电流反向是导致电源电磁干扰的原因之一。

电流在负载时会出现形态变化，尤其是当开关回路中电流量较大时，因其含有大量的高频率谐波，这些谐波电流会在运动过程中会因开关的控制而发生流动速度变化，继而对开关电源造成电磁干扰。

当二极管电流反向运动过程中会对变压开关造成高频振荡，导致开关电源中出现干扰信号，这类干扰属于传导干扰，谐波或尖峰信号会在局部形成磁场，继而出现电磁辐射，引发输入回路异常。

4开关电源电磁干扰抑制技术

（1）基于传输通道的电磁干扰抑制技术

屏蔽技术：该技术又可分为磁场屏蔽、电磁屏蔽以及电磁场屏蔽。对于不同的屏蔽技术，屏蔽体也需要具有相匹配的要求。在上述三类屏蔽技术中，电磁屏蔽发挥的效能与屏蔽体的结构要求关系最为紧密，要求屏蔽体具有良好的导电连续性，在此情况下，屏蔽技术效果最佳。实际应用中，由于屏蔽体制造设计和接口使用的需求，会存在尺寸不同的孔口或缝隙，这些孔口或缝隙对电磁屏蔽效果有不利影响，需要采取一定的措施来防止孔缝漏电漏磁。

滤波技术：该技术应注意选择合理的滤波器，需要对滤波器的运行频率、耐压性、额定电压、额定电流、阻抗性能、屏蔽性能等进行综合考量，确定滤波器型号和指标性能。在应用过程中确保滤波器安装位置恰当，避免对滤波器造成损耗，同时起到良好的电磁干扰抑制作用。安装过程中需要注意输入输出端的配线应严格屏蔽，或者采用高频接地的方法。

接地：在开关电源的电路设计环节，技术人员需要提前考虑到电磁干扰问题，在开关电源系统中的设置接地电路，使开关电源接通时产生的电磁电流优先导地，提高电源系统运行安全性。具体可采用“一点接地”的方式，这样可避免电磁线接地过程中出现噪音。接地过程中，需要对不同的电路系统进行独立接地，同时注意地点选择、电路组合，并做好抑制接地干扰措施。

（2）基于空间分离的电磁干扰抑制技术

空间分离电磁干扰抑制技术的典型代表是PCB技术，该技术通过加大干扰源和接收装置之间的空间距离，实现电磁场信号对接受设备干扰强度衰减的目的，起到电磁干扰抑制的效果。由于PCB元件有覆铜箔层压板制成，板身表面涂漆，能够对电源设备进行有效防护，降低电路的电磁干扰。在大型电源设备中，考虑到电源系统电磁兼容性需求，可以通过增加系统中各个设备的空间距离，同时采用电磁隔离性较强的PCB元件，以此来实现较好的电磁干扰抑制效果。如果实际空间有限，技术人员可对电磁干扰源进行位置的调整或着对电磁干扰源中电磁和磁场的空间矢量进行改善调整，实现对电磁场干扰源的控制，降低电磁干扰。

（3）基于时间分割的电磁干扰抑制技术

当开关电源受到的电磁干扰源非常强时，除了采取上述抑制技术之外，还可以采用时间分割的方法，尽量避免有用传输信号自爱电磁干扰信号较强时进行发射传输。通过短时关闭敏感设备原件，减少强电磁无效信号对有效信号和设备的干扰破坏。实际应用中，可采用两种处理方式，一种是在确定干扰信号出现时间先后以及干扰信号强弱的情况下采取的时间分割方法；另一种是根据干扰信号的出现特征灵活调整有效信号发射和输出，使二者在发射或传输时间上避免重合，减少电源系统的电磁干扰。

（4）基于开关电源本身的电磁干扰抑制技术

该技术以软开关技术为代表，在开关电源中增加电容或电感元件来消除电路中的干扰电流。软开关技术的原理是利用电容或电感元件产生的谐振，降低开关电源启闭过程中对电流电压造成的干扰性影响，能够降低du/dt和di/dt，起到谐振控制的效果，对于降低开关温度，减少开关能耗，维持开关高频良好的工况有积极的作用，从而提高了开关电源的电磁干扰抑制性能。另外，还可以对开关电源的频率进行调制。通过将开关频率以及产生的谐波能量进行分散调整，降低每个频率的EMI值，使其不超过每个频点的最大值，起到减少开关运行噪音，降低噪音频谱峰值的目的。

5结语

在开关电源的电磁干扰抑制研究中，技术方法主要是基于电磁干扰的产生原因得到的。由于造成开关电源电磁干扰的因素有很多，因此抑制电磁干扰工作是一个系统性工作，需要从多个原因进行分析，以此来进行多种技术的结合应用，实现最优的电磁干扰抑制效果，随之而来的参数调整和优化是未来技术研究的重要方向之一。

参考文献

[1]电子设备电源滤波技术与机理分析，刘永峰，《科技风》，2017（11）

[2]开关电源的电磁干扰抑制分析，李怡恒，《电子技术与软件工程》，2016（22）

[3]电子干扰对开关电源的影响与抑制技术研究，邓琅，《科技资讯》，2016（35）