开关电源对电子设备的电磁干扰分析

李向锋 姚龙飞

摘要：现阶段，我国科学技术水平显著提升，电子设备机房安装了通信设备、网络设备、视频设备以及音频设备等大量的电子设备，部分设备由开关电源提供电。因此，分析了开关电源产生电磁干扰的原因及对系统的影响，并提出解决问题的方案。

关键词：开关电源;电磁干扰;抑制技术

引言

在电子信息技术高速发展的今天，开关电源由于具有较高的控制效率和更好的稳定性，被广泛应用于各领域。实际使用开关电源时，会频繁出现电磁干扰问题，影响了开关电源的使用体验。需相关学者专注相关抑制技术的研究，以解决开关电源电磁干扰问题，推动开关电源的可靠、稳定应用。

1开关电源产生电磁干扰的危害

电磁兼容性不足是开关电源产生电磁干扰的主要原因，电磁兼容性不足使得电子设备电磁的辐射传导电路受损，进而产生电磁干扰。在现今开关电源小型化、高频化的发展趋势之下，开关电源自身的噪声源也会产生大量的传导性电磁干扰，这些电磁干扰将对电子系统及设备造成不良影响。大量传导性电磁干扰的出现将造成空间人为电磁干扰能量的大数额增长，并且日益恶化的电磁环境对社会日常的生产活动造成较大的损失。

2开关电源的基本原理和干扰源分析

2.1开关电源的基本原理

开关电源主要由以下的部分组成：一、输入电路。二、转换电路。三、控制电路。四、输出电路。输入电路包括输入滤波器，降低外来噪声，同时降低开关电源自身产生的噪声对外部环境的影响;浪涌电流抑制引起的浪涌电流;整流，转化交流直流电，以此满足电气设备的需求，保证电气设备的正常运行。转换电路主要由变压器和开关管组成，是开关电源的核心，开关电源的主要噪声源。控制电路通过PWM调节占空比，以达到稳定输出电压。输出电路主要降次级方波变成单向脉动直流，通过滤波电路达到设计所需的平滑输出直流电压。

2.2开关电源干扰源分析

从噪声源来说，开关电源的噪声主要分为自身产生的电磁噪声和外部噪声;前者主要是在开关电源工作的过程中由引起的浪涌电流和的引起的尖峰电压。后者主要是电网回路中的差模干扰、共模干扰以及外部电磁辐射等。

3开关电源产生电磁干扰的原因

3.1输入电流畸变产生的噪声

开关电源在没有PFC功能的输入级，由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，使得二极管导通角变小，引起周期性尖峰电流。在该尖峰电流中包含高次谐波分量，谐波注入电网，对电网上的其他设备造成干扰。

3.2输出整流电路造成的电磁干扰

开关电源在实际工作过程中，在接通的状态下，开关电源的相关电路的一些零部件在实际运行的过程中存在着较强的正向电流。然而在中段的时候会受到较强的反向电压的影响，所以产生了一个反向的电流，所以在这个过程中会产生剧烈的电流变化。

3.3开关管产生的电磁干扰

开关管的主要作用是帮助通过开关电源的电流进行转变，以此来提升开关电源的电力频率，输出稳定的电压。保证开关电源的正常工作。我们所接触的开关电源中，比较传统的老旧式电源开关虽然在启动时用时短，由于在其工作时会产生比较强的电磁干扰，会影响开关电源的正常运转，已经被人们淘汰。新型的电源开关则有效的解决了这一问题。

4开关电源电磁干扰的抑制技术

4.1 PFC技术

传统整流电路会造成电流波形畸变，从而导致功率因数大大降低，并产生高次谐波分量，污染电网。低功率因数即代表低的电力效能，越低的功率因数值代表越高比例的电力在配送网络中耗损，若较低的功率因数没有被校正提升，发电设备除了有效功率外，还要提供与工作非相关的无功损耗，这导致需要更大的发电机、输送缆线等等事。

图3可以看出有功率因数补偿后电流高次谐波明显下降。对此采用PFC技术的电源谐波小，减小了与使用相同电源供电的其他器件之间的干扰。

4.2共模、差模滤波器设计

电源滤波器安装在电源线与电子设备之间，用于抑制电源线引出的传导干扰，又可以降低从电网引入的传导干扰，对提高设备的可靠性有重要的作用。构成开关电源EMI滤波器的基本网络如图4所示。

该滤波器由共模扼流圈L1、差模电容C1、2和共模电容C3、4组成。共模扼流圈L由两个绕在同一个高磁导率磁芯上的绕组构成，其结构使差模电流产生的磁通相互抵消。这种结构以较小体积获得较大的电感值，并且不用担心由于工作电流导致饱和。每个绕组与电容C3、C4分别组成L-E和N-E两对独立端口的低通滤波器，形成共模滤波网络，用来抑制电源线上存在的共模干扰。

4.3接地技术

在对开关电源的电路进行设计的过程中，为了增强设备的安全性，并能夠有效的抑制电磁干扰，需要在整个开关电源系统中的特定位置点建立接地电路，及时在电压开关在接通时产生的电磁电流导地。在接地电路设计的过程中，需要采用“一点接地”的原则，防止电磁线在穿过闭环接地而产生的电磁感应噪音，一般情况下，对抑制变化的电磁干扰屏蔽做接地处理，保证屏蔽层对电磁干扰的屏蔽效果，在采用接地技术时，需要注意将交流、直流、数字、模拟电路之间的接地需要分离处理。

结语

在实际生产和生活过程中，开关电源具有非常强的实用性，所以它广泛的应用在工业，军事，医疗等各个领域以及普遍的存在我们日常的生活过程中。而且开关电源在大功率的高电压电气设备之中，开关电源就会受到一些电磁的干扰，在开关频率加大或者是功率密度提高的背景下，电磁的兼容性就需要相关的工作人员进行密切的关注，并且也需要进行进一步的解决。综上所述，开关电源在实际工作的过程中其高频性地使用会使得在信号传输的过程中产生了一定的电磁干扰。这样的现象对电气设备的安全和稳定的运行都有这一定的影响。所以应该针对这一系列的现象进行有效的研究，并且提出有效的和具有针对性的开关电源的电磁干扰抑制技术，这样就使得开关电源的电磁干扰能够得到有效的减弱，也可以保障电气设备在实际运行过程中能够更加稳定和高效。

参考文献

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