开关电源的电磁干扰及其抑制技术研究

白中杰

摘 要：开关电源是电器产品中常应用的元件之一，由于其具有特殊的工作原理，导致电磁干扰问题十分突出，进而会影响周边电子设备的运行安全。因此，简要论述了电磁干扰的产生方式，并对开关电源电磁干扰的抑制技术作了详细阐述。

关键词：电磁干扰；开关电源；抑制技术；高频变压器

中图分类号：TN86 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.129

开关电源具有体积小、质量小、高可靠性和高效等特点，在各种电器产品得到了广泛应用。然而，随着开关电源向着高频大功率的方向发展，开关电源的电磁干扰问题日益严重。为了减少电磁干扰对电源本身及周边设备的影响，探究开关电源的电磁干扰抑制技术已经成相关研究人员的研究重点。

1 电磁干扰的产生方式

开关电源是将交流电转变为直流电的器件之一，当电流经过开关电源的转变后，电流频率会持续增高，其自身也会因此产生大量的谐波干扰。对于开关管、二极管、高频变压器等电压、电流变化较大的元器件，其电磁干扰问题十分严重。

1.1 开关电源的干扰源——开关电路

众所周知，开关电路的核心是开关电源，开关电源主要由开关管和高频变压器构成。开关电源产生的du/dt具有幅度较大的脉冲，谐波比较丰富、频带较宽，会形成关断电压峰尖。此时，如果中断电源电压，则会形成磁化冲击电流瞬变现象，即传导型电磁干扰。其不仅会导致传导干扰返回配电系统，还会给变压器带来不利影响，形成电网谐波电磁干扰，最终对其他设备的运行造成影响。

1.2 高频变压器的高频开关电流环路

一般而言，高频变压器需要通过线圈来提高电压，并通过滤波电容将交流电转化为直流电。而在滤波电容和初级线圈形成的高频开关电流环路中，会有电磁辐射的现象发生，升压后的电压、频率越高，则产生的电磁干扰越强，对周边电子元器件的影响就越大。

1.3 开关电源的分布电容

开关电源将交流电转变为直流电时需要用到电容器。为了保证电容器的运行安全，通常会加设散热片，但转化后的高频电流可通过电容流到散热片上，在接触到机壳后会产生共模干扰。

2 开关电源电磁干扰的抑制技术

2.1 滤波技术

从总体上看，滤波技术可分成两类，即无源滤波器技术抑制传导干扰、有源滤波技术抑制共模干扰。电源线是电磁干扰传入、传出开关电源的主要途径，如果能阻断干扰信号的传播途径，则能大幅削弱电磁干扰。安装了无线滤波器的电源线路只允许电源频率通过，频率过高或过低的干扰信号会被阻断。图1为开关电源中无源滤波器的结构。

采用有源滤波技术抑制共模干扰是从干扰源抑制电磁干扰的方式，可得到与干扰信号大小相等、相位相反的补偿信号，从而达到削弱电磁干扰的目的。但这种削弱电磁干扰的技术仅适用于低压小功率电源，对于高压大功率的电源而言，难以找到与干扰信号大小相等、相位相反的补偿信号。

2.2 屏蔽技术的应用

采用屏蔽技术可控制受开关电源辐射干扰的电器元件的运行。屏蔽技术可分为静电屏蔽和电磁屏蔽。其中，静电屏蔽针对的是恒定磁场、静电场，电磁屏蔽主要针对交变电场、交变磁场。为了削弱开关电源辐射对周边元器件的干扰，可直接用屏蔽罩屏蔽整个开关电源，并连接屏蔽罩与系统的机壳，从而使屏蔽功能更有效。

2.3 软开关技术的应用

软开关技术是基于谐振原理开发出来的，是降低开关损耗的新型技术之一。当开关器件中的电流按照正弦规律变化，且电流值为0时，开关会自动关闭；当电压值为0时，开关会自动开通。这样可解决硬开关的损耗、容性开通问题。但在使用软开关技术的过程中，通常还需要设置辅助开关电路，进而会出现电磁干扰。因此，从本质上看，采用软开关技术只是削弱电磁干扰的方式之一，并不能完全抑制电子干扰。

2.4 扩频调制技术的应用

对于电磁干扰而言，其能量的强弱与频率成正比。如果可降低频率，则可削弱电磁波的能量。采用扩频技术可将谐波的能量分布在更宽的频率范围中，每个频率上带有的能量也会减少，从而削弱电磁辐射的干扰。想要达到这一目的，就需要在开关电源中加入扩频时钟信号，并由开关电路输出电磁信号。从实际应用的效果看，扩频调制技术的可靠性较高，无需另外增加体积庞大的滤波工具和屏蔽工具。

3 结束语

综上所述，高频大功率的电源会产生严重的电磁干扰，影响周边元器件的正常工作，不利于电子设备的正常运行。开关电源电磁干扰的产生方式很多，而当前对开关电源电磁干扰的抑制技术主要有滤波技术、屏蔽技术、软开关技术、扩频调制技术。合理选择和运用上述技术，可在一定程度上削弱开关电源的电磁干扰。笔者相信，随着科技的发展，未来将会出现更加有效的措施解决电磁干扰问题，保障电气设备的高效运行。

参考文献

[1]彭应归.开关电源的干扰及其抑制[J].中国电子商务，2014（5）.

[2]白丽华.开关电源的干扰及其抑制[J].科技信息，2013（10）.

[3]卞荣.开关电源电磁干扰的研究及其EMI滤波器设计建议[J].科学与财富，2014（4）.

[4]李波.接地问题及其在开关电源中的应用[J].科技风，2011（16）.

[5]胡义贵.刍议开关电源的干扰问题[J].科技探索，2012（12）.

〔编辑：张思楠〕