开关电源的电磁兼容.doc

开关电源的电磁兼容性设计长春工程学院信息工程系(130012) 谷树忠摘要: 系统地分析了开关电源产生噪声的主要原因及产生噪声的回路和部件, 给出了相应的抗干扰措施, 从而提高了开关电源的电磁兼容性。关键词: 开关电源噪声电磁兼容性开关电源不需要沉重的电源变压器, 具有体积小、重量轻、效率高的优点, 且市场上已有成品开关电源集成控制模块, 使电源设计、调试简化许多,所以,在大多数的电子设备( 如计算机、电视机及各种控制系统) 中得到了广泛的应用。然而,开关电源自身产生的各种噪声却形成了一个很强的电磁干扰源。这些干扰随着开关频率的提高、输出功率的增大而明显地增强, 对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁。因此, 只有提高开关电源的电磁兼容性, 才能使开关电源在那些对电源噪声指标有严格要求的场合下被采用。 1 开关电源产生噪声的原因开关电源的种类很多, 按变换器的电路结构可分为串并联式和直流变换式两种; 按激励方式可分为自激和它激两种; 按开关管的组合可分为桥式、半桥式、推挽式等。但无论何种类型的开关电源都是利用半导体器件的开和关工作的, 并以开和关的时间比来控制输出电压的高低。由于它通常在 20kHz 以上的开关频率下工作, 所以电源线路内的 dv/dt 、 di/dt 很大, 产生很大的浪涌电压、浪涌电流和其它各种噪声。它们通过电源线以共模或差模方式向外传导,同时还向周围空间辐射噪声。图 1 给出了一种典型的开关电源电路的简图,下面以此为例分析其产生噪声的主要原因。 一次整流回路的噪声在一次整流回路中,整流二极管 D1 ~ D4 只有在脉动电压超过 C1 的充电电压的瞬间,电流才从电源输入侧流入。所以,一次整流回路产生高次畸变波,形成噪声。 开关回路的噪声一是电磁辐射。电源在工作时, 开关管T处于高频率通断状态, 在由脉冲变压器初级线圈 L1 、开关管 T 和滤波器 C1 构成的高频电流环路中, 可能会产生较大的空间辐射噪声。如果 C1 的滤波不足, 则高频电流还会以差模方式传导到交流电源中去。二是感性负载引起的浪涌电压。在开关回路中开关管 T 的负载是脉冲变压器的初级线圈 L1 ,是感性负载所以开关管在通断时,在脉冲变压器的初级线圈的两端会出现较高的浪涌电压,很可能造成与此同一回路的电子器件( 尤其是开关管 T) 的损坏。 二次整流回路的噪声一是电磁辐射。电源在工作时, 整流二极管 D5 也处于高频通断状态, 由脉冲变压器次级线圈 L2 、整流二极管 D5 和滤波电容 C2 构成了高频开关电流环路,可能向空间辐射噪声。如果电容 C2 滤波不足,则高频电流将以差模形式混在输出直流电压上, 影响负载电路的正常工作。二是浪涌电流。硅二极管在正向导通时PN结内的电荷被积累, 二极管加反向电压时积累的电荷将消失并产生反向电流。由于二次整流回路中 D5 在开关转换时频率很高,即由导通转变为截止的时间很短,在短时间内要让存储电荷消失就产生反电流的浪涌。由于直流输出线路中的分布电容、分布电感的存在, 使因浪涌引起的干扰成为高频衰减振荡。 控制回路的噪声控制回路中的脉冲控制信号是主要的噪声源。 分布电容引起的噪声一是 Ci 的作用。散热片 K 与开关管 T 的集电极间虽然有绝缘垫片,但由于其接触面较大,绝缘垫较薄,因此两者之间的