开关电源电磁兼容设计的原理与方法研究

开关电源电磁兼容设计的原理与方法研究

郭佳勇  李兆郴  段雪羽  宋波  鲍凯凯

北方自动控制技术研究所    030006

摘要：本研究通过深入探讨开关电源的工作原理和电磁兼容设计的基本方法，旨在降低电源开关的电磁干扰。通过对开关电源的工作原理和主要电磁干扰源进行分析，揭示了开关电源的电磁干扰生成机制。本研究的结果不仅为电子设备的电磁兼容设计提供了一种有效的方法，而且能帮助我们更好地理解开关电源的电磁干扰问题，为未来开关电源设计提供有益参考。

关键词：开关电源; 电磁兼容设计; 电磁干扰

引言

开关电源，由于其高效、集成化的特点，被广泛引入各类电子设备中。然而，随着广泛的应用，其高频工作的特性也引发了严重的电磁干扰问题。电磁干扰不仅影响电源自身的可靠性和稳定性，也可能对周边设备甚至电网造成不良影响。因此，如何减少开关电源的电磁干扰，使其满足电磁兼容要求，已成为电源技术研究的重要课题。

1、开关电源的工作原理及电磁干扰源的分析

在理解开关电源电磁兼容设计的原理与方法前，首要之事是要明了开关电源的工作原理和电磁干扰源[1]。

开关电源的工作原理是通过电子开关器件的开关动作实现电能的转换和调节[2]。这种开关动作是在各种形式的频率基础上的开、关动作,使得开关电源通过电子元器件的快速开与关，在开关中构成直流脉冲励磁，实现直流到直流，直流到交流，交流到直流，交流到交流的转变。

而在开关电源运行过程中，由于开关器件在短时间内突然断开电流或改变电流的方向，从而产生电磁辐射[3]。这种现象就会产生电磁干扰，被电调和其他电子设备接收后会对其正常运行产生干扰，这也就是电磁干扰的来源。

电磁干扰的来源主要体现在两个方面，一是导向型的电磁干扰，这类干扰是主要通过电缆、导线等开关电源电磁场的接触和影响，如漏电等导致的电磁干扰；二是辐射型的电磁干扰，这类电磁干扰则是开关电源在工作中电流和电压的变化产生的磁场辐射进而干扰其他电路。

进入电磁兼容设计的部分。电磁兼容设计，就是建立在理解和掌握电磁干扰等各相关信号后，通过特殊的设计和使用措施，使开关电源在自身不能产生超过一定限度的电磁干扰的也能够在磁场环境中正常运行。

基于主动抑制和被动滤波的电磁兼容设计原理，主要是依靠电磁干扰抑制与滤波电路，来抵消或降低开关电源产生的电磁干扰。

开关电源电磁兼容设计方法主要包括电磁干扰主动抑制技术、被动滤波技术以及开关电源优化设计技术等方面，其主要目的是找出电磁干扰产生的问题，从源头上解决电磁干扰，进而提升开关电源的稳定性与效率。

知道原理和具体设计方法后，就可以将这些方案应用于实际情况，如在开关电源设计中应用电磁兼容设计，可以明显降低电磁干扰，提升了系统的稳定性和可靠性。

2、电磁兼容设计的原理与方法

电磁兼容设计的原理与方法旨在减少开关电源的电磁干扰效应，其中包括主动抑制和被动滤波的电磁兼容设计原理和开关电源电磁兼容设计方法。

主动抑制和被动滤波的电磁兼容设计原理是采用主动和被动的方法对开关电源的电磁干扰源进行抑制和滤波。主动抑制主要是通过调整开关电源的工作方式，控制开关电源产生电磁干扰的条件，从而降低电磁干扰的产生。被动滤波则是在开关电源的输入和输出端设置滤波器，通过滤波器对电磁干扰信号进行过滤，减少其对电源网络和负载设备的影响。

在具体的设计方法和措施方面，需要对开关电源的工作原理和电磁干扰源进行深入的理解和分析，根据分析结果，选择合适的设计方法和措施。例如，可以通过优化开关电源的工作频率、工作模式和控制策略，降低电磁干扰的产生。可以在开关电源的输入和输出端设计高性能的滤波器，有效滤除不希望的电磁干扰信号。

3、实践应用与效果分析

3.1 电磁兼容设计在开关电源中的实践应用

开关电源作为现代电力电子装置的重要组成部分，其电磁兼容性设计是十分重要的。在工程技术实践中，针对开关电源的主要电磁干扰源进行了深入研究和探索。通过主动抑制和被动滤波技术，大大减少了电磁干扰，提高了系统的稳定性和可靠性。主动抑制主要实现方式是通过频率扰动法以及电流调制方法来抑制高频电磁干扰，尤其是频率扰动法，可以有效减小开关变换产生的电磁干扰。而被动滤波则主要运用的是电感器和电容器等被动元件，通过对电源进行滤波，去除信道中的干扰信号。这两种方法结合应用，能够显著改善开关电源的电磁干扰问题。

3.2 开关电源电磁干扰降低的效果分析

通过改进电源的电磁兼容设计，有效地降低了电磁干扰，提高了系统稳定性和可靠性。实验结果显示，电磁干扰信号的强度明显减小，可以延长开关电源的寿命，并减少对环境的影响。这对满足电子设备对电源性能的需求至关重要。

4、结论

经过详实的研究和探讨，本论文得出了一系列关于开关电源电磁兼容设计的原理与方法的重要结论。开关电源在工作过程中会产生一系列的电磁干扰源，这些干扰源的存在直接影响了开关电源的稳定运行以及其产出的电磁兼容性。

针对这一问题，本论文以主动抑制和被动滤波为基础，进行了电磁兼容设计原理的分析，以及开关电源电磁兼容设计的方法和措施进行了系统性的研究。在电磁兼容设计中，主动抑制和被动滤波技术起到了至关重要的作用。

开关电源电磁兼容设计的实践应用和效果分析部分则证明了这套设计的有效性。电磁兼容设计实际应用在开关电源的效果显著，使得开关电源的电磁干扰效应显著降低，保障了电源的稳定运行和输出的质量。

结束语

本研究通过详细剖析开关电源工作原理和电磁干扰源，深入理解了开关电源的电磁干扰生成机制，并据此提出了一种成功降低电磁干扰的电磁兼容设计方法。这种方法通过优化电路拓扑，选择合适的开关元件和增加各类滤波器和隔离装置，大大降低了开关电源的电磁干扰问题。这为电源开关设备的电磁兼容设计提供了有力支持，同时对理解和解决类似的电磁干扰问题具有重要意义。本研究结果对进一步优化开关电源设计，提高开关电源的性能具有重要的参考价值，并将为未来开关电源的电磁兼容设计提供有益的启示和参考。

参考文献

[1]彭军.开关电源的电磁兼容设计[J].信息周刊,2019,0(19).

[2]夏圣.开关电源电磁兼容设计要点分析[J].电子世界,2021,(08).

[3]周洪海张鲁峰.基于EMI滤波的通信高频开关电源电磁干扰抑制方法[J].通信电源技术,2023,40(06).