开关电源电磁兼容问题及应对措施

于学书

（天津市英贝特航天科技有限公司，天津 300141）

随着现代逆变技术的发展，开关电源以其体积小、重量轻、功耗低、效率高、电压范围宽等特点，被广泛应用于航天技术、计算机技术和通信技术等领域。。但由于开关电源工作频率高，内部产生很快的电流、电压变化，即dv/dt和di/dt，导致开关电源模块将产生较强的谐波干扰和尖峰干扰，并通过传导、辐射和串扰等耦合途径影响自身电路及其它电子系统的正常工作。

一、开关电源的基本组成结构

开关电源一般由输入滤波整流电路、转换电路、输出电路、控制电路等组成。

（一）输入电路:在输入电路中，线路滤波器的主要作用是减少进入网络的外来噪声，消除开关电源对公共网络产生的电磁干扰的影响;浪涌抑制电路主要用于浪涌抑制;整流电路的功能是将交流电输入转换成直流电。

（二）转换电路:转换电路是开关电源的核心部分，主要由开关管和变压器组成。

（三）控制电路；通过直流输出电压的输出采样并与参考电压相比,调整PWM占空比,从而控制开关直流输出电压值并获得稳定的输出。

（四）输出电路:该电路将高频变压器的二次方波电压整流为单向脉动直流，通过滤波平滑为低纹波直流电压。

二、开关电源的产生电磁干扰的机理分析

（一）开关管开关动作产生电磁干扰

开关管在开通时，由于开关时间很短以及逆变回路中引线电感的存在，将产生很大的dV/dt突变和很高的尖峰电压，在开关管的关断时，由于关断时间很短，将产生很大的di/dt突变和很高的电流尖峰，这些电流、电压突变将产生很强的电磁干扰。

（二）二极管的反向恢复引起噪声干扰

在开关电源中常使用工频整流二极管、高频整流二极管、续流二极管等，由于这些二极管都工作在开关状态，在二极管由阻断状态到导通工作过程中，将产生一个很高的电压尖峰；在二极管由导通状态到阻断工作过程中，存在一个反向恢复时间trr，在反向恢复过程中，由于二极管封装电感及引线电感的存在，将产生一个反向电压尖峰，由于少子的存储与复合效应，会产生瞬变的反向恢复电流，这种快速的电流、电压突变是电磁干扰产生的根源。

（三）电感、变压器等磁性元件引起的电磁干扰

在开关电源中存在输入滤波电感、功率变压器、隔离变压器、输出滤波电感等磁性元件，隔离变压器初次级之间存在寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容耦合到次边；功率变压器由于绕制工艺等原因，原次边耦合不理想而存在漏感，漏电感将产生电磁辐射干扰，另外功率变压器线圈绕组流过高频脉冲电流，在周围形成高频电磁场；电感线圈中流过脉动电流会产生电磁场辐射，而且在负载突切。

三、开关电源电磁兼容应对措施

了解了开关电源内部及外部电磁干扰源后，我们还应知道，形成电磁兼容的三要素是干扰源、传播途径和敏感设备。因此开关电源的电磁兼容设计主要从以下三个方面入手：

（一）减小干扰源的电磁干扰能量

1.在开关管以及输出整流二极管两端加RC吸收电路，吸收浪涌电压；

2.对芯片和MOS开关管安装去耦电容，其位置尽可能地靠近并联在器件的电源和接地管脚；

3.主功率回路环路面积尽量小，以减小差模辐射的环路面积;

4.PCB板上的线条宽度不能突变，拐角采用圆弧过渡，尽量不采用直角或尖角；

（二）切断干扰传播途径

1.在开关电源入口加电源滤波器，抑制开关电源所产生的高次谐波；

2.输入输出电源线上加铁氧体磁环，一方面抑制电源线内的高频共模，另一方面减小通过电源线辐射的骚扰能量；

3.有条件的话尽量采取屏蔽措施将骚扰屏蔽；

4.设备可靠接地，使骚扰就近导入大地；

（三）提高受扰设备的抗干扰能力

1.输入交流电源线和输出直流电源线分开走线，减小输入输出间的电磁耦合；

2.信号线远离电源线，靠近地线走线，并且走线不要过长，以减小回路的环面积；

结语

随着高频开关电源等电子产品电磁兼容重要性的凸现，我们应该在产品设计初期阶段，同时进行电磁兼容设计，如果等到生产阶段再去解决，不但给技术和工艺上带来很大难度，而且会造成人力、财力和时间的极大浪费。与EMI相关的因素多且复杂，仅做到上述的几点措施是远远不够的，还有接地技术、PCB布局走线等都很重要。电磁兼容的设计任重而道远，我们要不断进行研究探索，使我国的电子产品电磁兼容水平与国际同步。