0 引言

　　開關(guan) 電源作為(wei) 電子設備的供電裝置，具有體(ti) 積小、重量輕、效率高等優(you) 點，在數字電路中得到了廣泛的應用，然而由於(yu) 工作在高頻開關(guan) 狀態，屬於(yu) 強幹擾源，其本身 產(chan) 生的幹擾直接危害著電子設備的正常工作。因此，抑製開關(guan) 電源本身的電磁噪聲，同時提高其對電磁幹擾的抗擾性，以保證電子設備能夠長期安全可靠地工作，是 開發和設計開關(guan) 電源的一個(ge) 重要課題。

　　1 開關(guan) 電源幹擾的產(chan) 生

　　開關(guan) 電源的幹擾一般分為(wei) 兩(liang) 大類：一是開關(guan) 電源內(nei) 部元器件形成的幹擾；二是由於(yu) 外界因素影響而使開關(guan) 電源產(chan) 生的幹擾。兩(liang) 者都涉及到人為(wei) 因素和自然因素。

　　1．1 開關(guan) 電源內(nei) 部幹擾

　　開關(guan) 電源產(chan) 生的EMI主要是由基本整流器產(chan) 生的高次諧波電流幹擾和功率變換電路產(chan) 生的尖峰電壓幹擾。

　　1．1．1 基本整流器

　　基本整流器的整流過程是產(chan) 生EMI最常見的原因。這是因為(wei) 工頻交流正弦波通過整流後不再是單一頻率的電流，而變成一直流分量和一係列頻率不同的諧波分量， 諧波（特別是高次諧波）會(hui) 沿著輸電線路產(chan) 生傳(chuan) 導幹擾和輻射幹擾，使前端電流發生畸變，一方麵使接在其前端電源線上的電流波形發生畸變，另一方麵通過電源線 產(chan) 生射頻幹擾。

　　1．1．2 功率變換電路

　　功率變換電路是開關(guan) 穩壓電源的核心，它產(chan) 帶較寬且諧波比較豐(feng) 富。產(chan) 生這種脈衝(chong) 幹擾的主要元器件為(wei)

　　1）開關(guan) 管開關(guan) 管及其散熱器與(yu) 外殼和電源內(nei) 部的引線間存在分布電容，當開關(guan) 管流過大的脈衝(chong) 電流（大體(ti) 上是矩形波）時，該波形含有許多高頻成份；同時，關(guan) 電 源使用的器件參數如開關(guan) 功率管的存儲(chu) 時間，輸出級的大電流，開關(guan) 整流二極管的反向恢複時間，會(hui) 造成回路瞬間短路，產(chan) 生很大短路電流，另外，開關(guan) 管的負載是 高頻變壓器或儲(chu) 能電感，在開關(guan) 管導通的瞬間，變壓器初級出現很大的湧流，造成尖峰噪聲。

　　2）高頻變壓器 開關(guan) 電源中的變壓器，用作隔離和變壓，但由於(yu) 漏感的原因，會(hui) 產(chan) 生電磁感應噪聲；同時，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(hui) 將一次側(ce) 高次諧波噪聲傳(chuan) 遞給次 級，而變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周圍產(chan) 生的電磁場更容易在其他引線上耦合形成噪聲。

　　3）整流二極管二次側(ce) 整流二極管用作高頻整流時，由於(yu) 反向恢複時間的因素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立即消除（因載流子的存在，還有電 流流過）。一旦這個(ge) 反向電流恢複時的斜率過大，流過線圈的電感就產(chan) 生了尖峰電壓，在變壓器漏感和其他分布參數的影響下將產(chan) 生較強的高頻幹擾，其頻率可達幾 十MHz。

　　4）電容、電感器和導線開關(guan) 電源由於(yu) 工作在較高頻率，會(hui) 使低頻元件特性發生變化，由此產(chan) 生噪聲。

　　1．2 開關(guan) 電源外部幹擾

　　開關(guan) 電源外部幹擾可以以“共模”或“差模”方式存在。幹擾類型可以從(cong) 持續期很短的尖峰幹擾到完全失電之間進行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失 真、持續噪聲或雜波以及瞬變等，電源幹擾的類型見表1。

　　在表1中的幾種幹擾中，能夠通過電源進行傳(chuan) 輸並造成設備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈衝(chong) 群和浪湧衝(chong) 擊波，而靜電放電等幹擾隻要電源設備本身不產(chan) 生停振、輸出電壓跌落等現象，就不會(hui) 造成因電源引起的對用電設備的影響。

　　2 開關(guan) 電源幹擾耦合途徑

　　開關(guan) 電源幹擾耦合途徑有兩(liang) 種方式：一種是傳(chuan) 導耦合方式，另一種是輻射耦合方式。

　　2．1 傳(chuan) 導耦合

　　傳(chuan) 導耦合是騷擾源與(yu) 敏感設備之間的主要耦合途徑之一。傳(chuan) 導耦合必須在騷擾源與(yu) 敏感設備之間存在有完整的電路連接，電磁騷擾沿著這一連接電路從(cong) 騷擾源傳(chuan) 輸電 磁騷擾至敏感設備，產(chan) 生電磁幹擾。按其耦合方式可分為(wei) 電路性耦合、電容性耦合和電感性耦合。在開關(guan) 電源中，這3種耦合方式同時存在，互相聯係。

　　2．1．1 電路性耦合

　　電路性耦合是最常見、最簡單的傳(chuan) 導耦合方式。其又有以下幾種：

　　1）直接傳(chuan) 導耦合導線經過存在騷擾的環境時，即拾取騷擾能量並沿導線傳(chuan) 導至電路而造成對電路的幹擾。

　　2）共阻抗耦合由於(yu) 兩(liang) 個(ge) 以上電路有公共阻抗，當兩(liang) 個(ge) 電路的電流流經一個(ge) 公共阻抗時，一個(ge) 電路的電流在該公共阻抗上形成的電壓就會(hui) 影響到另一個(ge) 電路，這就是 共阻抗耦合。形成共阻抗耦合騷擾的有電源輸出阻抗、接地線的公共阻抗等。

　　2 .1．2 電容性耦合

　　電容性耦合也稱為(wei) 電耦合，由於(yu) 兩(liang) 個(ge) 電路之生的尖峰電壓是一種有較大幅度的窄脈衝(chong) ，其頻間存在寄生電容，使一個(ge) 電路的電荷通過寄生電容影響到另一條支路。

　　2.1.3 電感性耦合

　　電感性耦合也稱為(wei) 磁耦合，兩(liang) 個(ge) 電路之間存在互感時，當幹擾源是以電源形式出現時，此電流所產(chan) 生的磁場通過互感耦合對鄰近信號形成幹擾。

2．2 輻射耦合

　　通過輻射途徑造成的騷擾耦合稱為(wei) 輻射耦合。輻射耦合是以電磁場的形式將電磁能量從(cong) 騷擾源經空間傳(chuan) 輸到接受器。通常存在4種主要耦合途徑：天線耦合、導線感 應耦合、閉合回路耦合和孔縫耦合。

　　2．2．1 天線與(yu) 天線間的輻射耦合#p#分頁標題#e#

　　在實際工程中，存在大量的天線電磁耦合。例如，開關(guan) 電源中長的信號線、控製線、輸入和輸出引線等具有天線效應，能夠接收電磁騷擾，形成天線輻射耦合。

　　2．2．2 電磁場對導線的感應耦合

　　開關(guan) 電源的電纜線一般是由信號回路的連接線、功率級回路的供電線以及地線一起構成，其中每一根導線都由輸入端阻抗、輸出端阻抗和返回導線構成一個(ge) 回路。因 此，電纜線是內(nei) 部電路暴露在機箱外麵的部分，最易受到騷擾源輻射場的耦合而感應出騷擾電壓或騷擾電流，沿導線進入設備形成輻射騷擾。

　　2．2．3 電磁場對閉合回路的耦合

　　電磁場對閉合回路的耦合是指回路受感應最大部分的長度小於(yu) 波長的1／4。在輻射騷擾電磁場的頻率比較低的情況下，輻射騷擾電磁場與(yu) 閉合回路的電磁耦合。

　　2．2．4 電磁場通過孔縫的耦合

　　電磁場通過孔縫的耦合是指輻射騷擾電磁場通過非金屬設備外殼、金屬設備外殼上的孔縫、電纜的編織金屬屏蔽體(ti) 等對其內(nei) 部的電磁騷擾。

　　3 抑製幹擾的一些措施

　　形成電磁幹擾的三要素是騷擾源、傳(chuan) 播途徑和受擾設備。因而，抑製電磁幹擾也應該從(cong) 這三方麵人手，采取適當措施。首先應該抑製騷擾源，直接消除幹擾原因；其 次是消除騷擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁幹擾的傳(chuan) 播途徑；第三是提高受擾設備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。目前抑製幹擾的幾種措施基本 上都是用切斷電磁騷擾源和受擾設備之間的耦合通道。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。

　　1）采用屏蔽技術可以有效地抑製開關(guan) 電源的電磁輻射幹擾，即用電導率良好的材料對電場進行屏蔽，用磁導率高的材料對磁場進行屏蔽。屏蔽有兩(liang) 個(ge) 目的，一是限 製內(nei) 部輻射的電磁能量泄漏出，二是防止外來的輻射幹擾進入該內(nei) 部區域。其原理是利用屏蔽體(ti) 對電磁能量的反射、吸收和引導作用。為(wei) 了抑製開關(guan) 電源產(chan) 生的輻 射，電磁騷擾對其他電子設備的影響，可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩，然後將整個(ge) 屏蔽罩與(yu) 係統的機殼和地連接為(wei) 一體(ti) ，就能對電磁場進行有效的屏 蔽。

　　2）所謂接地，就是在兩(liang) 點間建立傳(chuan) 導通路，以便將電子設備或元器件連接到某些叫作“地”的參考點上。接地是開關(guan) 電源設備抑製電磁幹擾的重要方法，電源某些 部分與(yu) 大地相連可以起到抑製幹擾的作用。在電路係統設計中應遵循“一點接地”的原則，如果形成多點接地，會(hui) 出現閉合的接地環路，當磁力線穿過該環路時將產(chan) 生磁感應噪聲。實際上很難實現“一點接地”，因此，為(wei) 降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平麵式或多點接地，利用一個(ge) 導電平麵作為(wei) 參考地，需要接地的 各部分就近接到該參考地上。為(wei) 進一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路係統中，應分別將低頻電路、高頻電路、 功率電路的地線單獨連接後，再連接到公共參考點上。

　　3）濾波是抑製傳(chuan) 導幹擾的有效方法，在設備或係統的電磁兼容設計中具有極其重要的作用。EMI濾波器作為(wei) 抑製電源線傳(chuan) 導幹擾的重要單元，可以抑製來自電網 的幹擾對電源本身的侵害，也可以抑製由開關(guan) 電源產(chan) 生並向電網反饋的幹擾。在濾波電路中，還采用很多專(zhuan) 用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體(ti) 磁 環，它們(men) 能夠改善電路的濾波特性。恰當地設計或選擇濾波器，並正確地安裝和使用濾波器，是抗幹擾技術的重要組成部分。

　　選擇濾波器時要注意以下幾點：

　　（1）明確工作頻率和所要抑製的幹擾頻率，如兩(liang) 者非常接近，則需要應用頻率特性非常陡峭的濾波器，才能把兩(liang) 種頻率分開；

　　（2）保證濾波器在高壓情況下能夠可靠地工作；

　　（3）濾波器連續通以最大額定電流時，其溫升要低，以保證在該額定電流連續工作時，不破壞濾波器中元件的工作性能；

　　（4）為(wei) 使工作時的濾波器頻率特性與(yu) 設計值相符合，要求與(yu) 它連接的信號源阻抗和負載阻抗的數值等於(yu) 設計時的規定值：

　　（5）濾波器必須具有屏蔽結構，屏蔽箱蓋和本體(ti) 要有良好的電接觸，濾波器的電容引線應盡量短，最好選用短引線低電感的穿心電容；

　　（6）要有較高的工作可靠性，因為(wei) 作防護電磁幹擾用的濾波器，其故障往往比其他元器件的故障更難找。

　　安裝濾波器時應注意以下幾點：

　　（1）電源線路濾波器應安裝在離設備電源人口盡量靠近的地方，不要讓未經過濾波器的電源線在設備框內(nei) 迂回；

　　（2）濾波器中的電容器引線應盡可能短，以免因引線感抗和容抗在較低頻率上諧振；

　　（3）濾波器的接地導線上有很大的短路電流通過，會(hui) 引起附加的電磁輻射，故應對濾波器元件本身進行良好的屏蔽和接地處理；

　　（4）濾波器的輸人和輸出線不能交叉，否則會(hui) 因濾波器的輸入和輸出電容耦合通路引起串擾，從(cong) 而降低濾波特性，通常的辦法是輸入和輸出端之間加隔板或屏 蔽層。

　　4 結語

　　開關(guan) 電源產(chan) 生電磁幹擾的因素還有很多，抑製電磁幹擾還有大量的工作要做。全麵抑製開關(guan) 電源的各種噪聲將使開關(guan) 電源更加安全可靠地運行。