关于开关电源EMC问题的探讨

 

继开关电源的技术发展及应用普及开来，以其体积小、重量轻、转换效率高、可远程遥控的特点，已经逐渐替代了原来线性电源的位置，广泛应用于医疗、工控、电力、通讯、军工及民用等各个行业领域。

 

但是在很多场合，开关电源，特别是通开关电源要有很强的抗电磁干扰能力，如对浪涌、电压波动的适应能力，对静电、电场、磁场及电磁波等的抗干扰能力，保证自身能够正常工作以及对设备供电的稳定性。

 

一方面，因开关电源内部的功率开关管、整流或续流二极管及主功率变压器，是在高频开关的方式下工作，其电压电流波形多为方波。在高压大电流的方波切换过程中，将产生严重的谐波电压及电流。这些谐波电压及电流，一方面通过电源输入线或开关电源的输出线传出，对与电源在同一电网上供电的其它设备及电网产生干扰，使设备不能正常工作。

另一方面，严重的谐波电压电流在开关电源内部产生电磁干扰，从而造成开关电源内部工作的不稳定，使电源的性能降低。还有部分应用场所的电磁场很强，他们通过线性传导，或是辐射电磁场，通过空间传播的方式，对电源本身也有影响。

 

因此，我们除了要考虑电源本身的辐射对别的设备的干扰，也要考虑电源本身对别的发射源的抗干扰能力。专业一点的话说，就是我们既要考虑电源的EMI，也要考虑电源的EMS。

 

目前，我国对电磁兼容性标准的研究比较晚，采取的最主要的办法是引进、消化、吸收，洋为中用是国内电磁兼容性标准制订的最主要方法。1998年，信息产业部根据CISPR22、IEC61000系列标准及ITU-T0.41标准，制定了YD/T983-1998《通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法》，详尽规定了通信电源设备包括通信开关电源的电磁兼容性的具体测试项目、要求及测试方法，为通信电源电磁兼容性的检验、达标并通过入网检测明确了设计目标。

    国标也等同采用了相应的国际标准。如GB/T17626.1~12系列标准等同采用了IEC61000系列标准；GB9254-1998《信息技术设备的无线电干扰限值及测量方法》等同采用CISPR22；GB/T17618-1998《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》等同采用CISPR24。

 

电磁兼容产生的3个要素为：干扰源、传播途径及受干扰体。

    开关电源因工作在开关状态下，其引起的电磁兼容性问题是相当复杂的。我们从开关电源的组成原理来分析其产生电磁干扰的原由。

开关电源的种类很多，按电路结构可分为串联式和直流变换式两种；按激励方式可分为自激和他激两种；按开关管的组合可分为单管、全桥、半桥、推挽，等等。然而，无论何种类型的开关电源，均是利用半导体器件作为开关，以开和关的时间比例来控制输出电压的高低。由于开关电源的工作频率都在几十至几百kHz，所以线路中的电流和电压变化率都很大，产生了很大的电磁干扰，它们会通过电源线以共模和差模的方式向外传输干扰，同时也会向周围空间辐射干扰。

 

输入整流回路、开关回路、次级整流回路、控制回路、分布电容等都是导致EMI难以过关的主要原因，当然还有其他的一些如PCB线路设计不合理、结构设计不合理，输入输出的电源线的布线不合理、检测电路的不合理都可能成为EMI参数不好的原因。

 

电磁兼容性研究及解决方法

    电磁兼容性的研究。一般运用CISPR16及IEC61000中规定的电磁场检测仪器及各种干扰信号模拟器、附助设备，在标准测试场地或实验室内部，通过详尽的测试分析、结合对电路性能的理解来进行分析研究。

    从电磁兼容性的三要素讲，要解决开关电源的电磁兼容性，可从3个方面入手：

    （1）减小干扰源产生的干扰信号；

    （2）切断干扰信号的传播途径；

    （3）增强受干扰体的抗干扰能力。

   在解决开关电源内部的电磁兼容性时，可以综合运用上述3个方法，以成本效益比及实施的难易性为前提。

对开关电源产生的对外干扰，如电源线谐波电流、电源线传导干扰、电磁场辐射干扰等，只能用减小干扰源的方法来解决。一方面，可以增强输入输出滤波电路的设计，改善有源功率因数校正（APFC）电路的性能，减少开关管及整流续流二极管的电压电流变化率，采用各种软开关电路拓扑及控制方式等。另一方面，加强机壳的屏蔽效果，改善机壳的缝隙泄漏，并进行良好的接地处理。