开关电源的抗干扰技术分析

孙 娟

（上海杰瑞兆新信息科技有限公司，江苏 连云港 222000）

0 引 言

开关电源多包含直流和交流两种类型，为了进一步改善开关电源的使用效果，结合开关电源的电磁反应及输入输出信号干扰制定科学的抗干扰技术指导方案，用于辅助有关人员充分采取抗干扰措施，确保开关电源在综合领域中展现实践价值，为电力系统的稳定运行提供可靠保障。

1 开关电源抗干扰技术的应用意义

1.1 延长开关电源使用年限

开关电源本身具备高效、高频、高功率等特征，在其实际使用期间极易遭受外界干扰，继而加剧故障风险。若能在技术层面上充分应用抗干扰技术，则能够适当延长开关电源的使用年限，也能有效控制故障率，促使在实际使用场景中保持持久稳定性。因此，加强抗干扰设计是研发与利用开关电源期间的关键内容[1]。

1.2 有效抑制开关电源危害

开关电源作为与电力设备直接连接的部件，一旦受到电磁干扰、静电放电干扰等干扰源的侵害，极易产生设备停运或开关电源异常现象，严重时还可能会引发火灾、设备损坏等不良后果。如果及时借助抗干扰技术增强开关电源抗干扰能力，即可抑制开关电源危害的发生，促进电网系统的安全稳定运行[2]。

2 开关电源常见干扰源

开关电源的实际使用过程中，最常遇到的干扰源多包含以下3种。

（1）电磁干扰。此种干扰源是开关电源中最常见的干扰因素，目前在开关电源的抗干扰设计上提出的多项举措均是出于应对电磁干扰风险的目的。之所以会出现电磁干扰，其根本原因多与开关动作、电感元件、变压器元件、热辐射有关。

（2）静电放电。开关电源的静电多来源于人体带电、外壳带电，或是在研发制造中元器件形成摩擦静电，静电的出现将增加元件损坏风险。此外，在电磁波传播过程中，也会因电磁场、静电场相互影响引发局部放电情况，从而干扰开关电源运行状态[3]。

（3）用电设备。开关电源作为多领域中必不可少的元件，若在使用期间未能加强闭合有效管理，或是与用电设备连接时出现间断连接情况，也会削弱开关电源使用效果。根据上述多项干扰源，需要提出对应的抗干扰技术应用对策，有效抵御干扰源侵害[4,5]。

3 开关电源的抗干扰技术要点

3.1 电磁兼容技术

在强化开关电源抗干扰效果时，可以采用电磁兼容技术消除电磁干扰，此项技术的合理运用能从根本上提升开关电源的抗干扰能力。所谓的电磁兼容技术是以容纳电磁感应的方式降低电磁敏感度,该技术的关键内容主要包含以下3点。

（1）优选电源主电路。在确定电源主电路时，需要选用软开关拓扑电源。此类开关电源具有更强的抗电磁干扰能力，其电路如图1所示。同时还要确定好功率因数参数，一般情况下，开关电源容易形成谐波现象，进而降低运行稳定性。在电路连接时可以采取并联电路连接方式，而且也要选用功率因数为0.9的开关电源，此种类型的开关电源往往可以表现出抗干扰优势[6,7]。

图1 电磁抗干扰技术原理

（2）推行开关电源软启动模式。在实施电磁兼容技术时，需要以软启动的方法缓解冲击电流，使之在闭合状态实现脉冲宽度参数的有效把控。开关电源元器件配置上，需要以带有抗干扰性的元器件为主，如降噪开关管、低压降二极管。此外，抗干扰设计中应当注重抗谐波干扰，二极管对开关电源的实际影响为：

式中：R为二极管限流电阻；UF为正向压降；IF为电流值；E为开关电源电压。由式（1）可知电压与二极管元器件的电流、限流电阻等参数存在密切关联，若能加强元器件抗干扰性，即可消除开关电源干扰风险[8]。

（3）优选滤波器。在电磁兼容技术应用中也要为其选取适合的滤波器，在滤波器效能辅助下，有利于维护电网系统安全，确保开关电源免受干扰。如选用馈通滤波器，因为其配有抗干扰元件，所以具备抗干扰功能[9]。

3.2 开合传导抗干扰技术

在电磁抗干扰技术应用中，开合传导抗干扰技术的可行性较强。结合学者田斌等人的研究成果，在开关电源开合传导期间，以仿真设计理念围绕开关电源开合动作予以调节，是抑制误动作的关键途径。

首先，判断电容滤波器在电容参数差异的情况下是否会引起滤波频率参数的改变。围绕相关研究成果，电容滤波器的应用可以适当降低高频感应，且上限频率同滤波结果具备反相关关系。随着上限频率的降低，滤波效能随之增强，开关电源开合传导动作，若上限频率偏低，则滤波效果更强，由此展现抗干扰价值。其次，二极管等元器件也会影响开关电源运行质量，形成增加瞬态电压，以便按照既定电压标准完成指定开合动作[10]。经过二极管电压控制水平的提高，可以避免开关电源在开合过程中产生强烈的瞬时电压，致使开关电源遭受损害。最后，还要优化周边连接设施的性能，缩短开合传导周期，而且在为其配备避雷器等辅助设施时也要尽量选取氧化锌等性能优良的材质，这样才能体现出电路保护效用。

依据上述研究结果，加强对开合传导工作的抗干扰设计，采取技术手段改善抗干扰效果，即可保障开关电源的正常运行，消除电磁感应产生的负面影响，减小电压峰值与电压频率等参数值。

3.3 开关电源接地技术

抗干扰技术应用于开关电源中，在消除电磁干扰时也可以利用接地技术，确保开关电源具备良好的抗干扰能力，其技术要点如下文所述。

（1）接地技术应用中需要合理确定接地方式，常见的包括混合接地与多点、单点接地等。单点接地时，优选串、并联接地法，其电路如图2所示。此项技术能够增强开关电源抗雷击效果，致使雷电从大地渠道顺利迁移，以免直接攻击设备或是开关电源。从相关调查中发现，接地技术的运用还能切实维护人身安全，若事先设有接地连接模式，即使遭受开关电源缆线老化或绝缘失效问题，也能降低生命事故发生率。此外，在接地技术实操中应秉承着就地连接原则进行应用，同时考虑到电路缆线分布中易产生干扰能量，合理搭配接地方式可以为开关电源的安全使用创造有利条件。

图2 开关电源接地技术线路连接

（2）直流交流电分别接地，在确定开关电源线路接地设计方式时，应当采取隔离设计方式，避免线路出现干扰源。此外，除了要对线路进行隔离设计外，也要提前区分开数字地、模拟地，就此避免开关电源受到数字芯片的影响。

（3）区别功率地线，在高压强电流条件下更容易对开关电源带来强干扰，若将功率地线、弱点地线进行隔离设计，有助于增加开关电源运行可靠性。

3.4 电源芯片技术

在开关电源抗干扰技术应用阶段，还可以利用电源芯片技术优化抗干扰效果。根据相关研究，若能采取抗瞬态尖峰智能控制措施，缩短开关电源闭合与断开间隔时间，即可减轻外界干扰对开关电源带来的负面影响。因此，如果成功研发出带有抗干扰价值的电源芯片，将其纳入开关电源中，也能适当拓宽抗干扰渠道。依据模拟试验结果，此种抗干扰电源芯片的使用能够提高电源转换率，普遍高达70%，而且抗静电能力可超过8 kV。在研发智能芯片时，要从降压方向着手，避免开关电源遭受高压侵袭，从传统的9 V减少为6 V，此时将此种低压运行芯片置入开关电源中，能够凭借内部元件抗干扰价值，促进开关电源抗干扰性的稳步提升。

依据输出电压的计算公式能够发现，若开关电源芯片得到抗干扰设计，则可以最大化影响开关电源整体抗干扰效果，相关公式为：

式中：UEA为输出电压；Uref、UH、UDC、gm、R0分别为误差放大器的负端电压、正端电压、DC端电位、跨导以及电阻值。

计算后可以推断出，抗干扰设计中可以从电源芯片优化方面提出对应举措，既要增加芯片精度，又要缩小电压差，最终促使在电源芯片技术辅助下可以获取可靠的抗干扰成果[11]。

3.5 PCB抗干扰技术

开关电源要想表现出抗干扰优势，还可以在内部布局上加以改进。在开关电源中，印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）占据关键地位，故此可以通过PCB抗干扰技术促使开关电源实现有效的抗干扰目标。

一方面，在布局过程中，PCB、二极管等元器件的配置需要杜绝高频振动。例如在上端可以摆放变压器、PCB等散热差的元器件，而且热敏器件应当与之保持一定距离。在连接各元器件时使用的线路也应当遵从“最短原则”“最远原则”，抑制元件交叉误碰风险。至于连接线路端口处，需要设置信号端，降低耦合反应。

另一方面，相关人员在研发设计开关电源时，其间使用的线路需要适当增加截面积，沿着信号传递方向摆放地线。在空间范围允许的情况下，以多层印制板为主。目前，为了体现开关电源的易操作性、简便性优势，已经开始在开关电源体积上进行缩减。既要求使用的平行线不可偏长，又应当新增地线，就此增强抗干扰能力。

4 结 论

在使用开关电源期间，为了消除干扰源，理应从电磁兼容、开合传导抗干扰、接地技术以及PCB抗干扰技术、电源芯片技术等方面着手，以期在技术导向下增强抗干扰能力，便于在控制电力设备闭合、断开状态时保持稳定性能。同时，在未来也要加大开关电源优化设计力度，满足抗干扰需求。