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激光電源

開關電源產生EMI原因分析及抗幹擾對策

星之球激光 來源:工控網2013-03-01 我要評論(0 )   

開關(guan) 式穩壓電源的體(ti) 積小、重量輕、效率高、穩壓範圍寬且安全可靠,在很多電子設備中被采用。但是,它像其他電路一樣同樣存在一些問題,如控製電路複雜,較高的工作頻率...

       開關(guan) 式穩壓電源的體(ti) 積小、重量輕、效率高、穩壓範圍寬且安全可靠,在很多電子設備中被采用。但是,它像其他電路一樣同樣存在一些問題,如控製電路複雜,較高的工作頻率會(hui) 對電視機、收音機等產(chan) 生電磁輻射幹擾使得收音機出現噪聲、電視機出現噪波點,甚至還會(hui) 通過反饋幹擾其他電子設備的正常工作。

  1.超音頻振蕩的幹擾問題

  開關(guan) 式穩壓電源的工作頻率多為(wei) 20-100kHz,屬於(yu) 超音頻範圍。作為(wei) 該電源的開關(guan) 調整器件晶體(ti) 管或場效應晶體(ti) 管以相應的頻率工作在導通與(yu) 截止狀態,振蕩波形近似於(yu) 方波(還存在過衝(chong) ),根據傅裏葉分析法可以進行分解,即得到直流分量、基波和高次諧波,基波的能量最大,其次是三次、五次、七次……等等。

  2.無線電廣播與(yu) 電磁幹擾的關(guan) 係

  眾(zhong) 所周知,無線電廣播是利用調製的方法來傳(chuan) 播信息的。音頻信號對高頻載被采用幅度調製(AM)和頻率調製(FM)的方法,然後通過發射天線將調製波以電磁披的形式輻射出去,無線電接收設備是通過接收天線將它們(men) 接收下來s再經選頻、變頻、放大和解調,還原成為(wei) 音頻信號,最後通過低頻功放,由揚聲器放出聲音。如果隻有高頻載波而無音頻範圍的調製信號,那麽(me) 它的能量再大,無線電接收設備也不會(hui) 通過揚聲器還原出任何聲音信息的。由此可以想到,僅(jin) 僅(jin) 是超音頻方披幹擾的存在(超音頻振蕩的下限頻率為(wei) 15k!氈,已在人耳的可聽範圍之外),產(chan) 生的高次諧波也不會(hui) 成為(wei) 我們(men) 通過收音機昕到音頻範圍的幹擾信號,而實際上這種幹擾有時卻是很嚴(yan) 重的,可能在整個(ge) 中波、短波範圍都出現強烈的噪聲,那麽(me) 幹擾來自哪裏呢?開關(guan) 式穩壓電源存在著音頻範圍的幹擾信號,並且調製了超音頻振蕩的各次諧波,以類似於(yu) 無線電廣播的方式幹擾收音機等設備,是幹擾的重要來源。

  3.直接整流電容濾波電路的特點

  采用直接對交流電源進行整流濾波方式的高頻開關(guan) 式穩壓電源,交流輸入電壓為(wei) 220V、50Hz,一般采用橋式整流電路,然後經電解電容器濾波,變成100Hz的鋸齒形脈動直流電壓,提供給該開關(guan) 式穩壓電源。

  由圖中可以看到,交流供電電源的作用是每Wms向電解電容器充電一次,以補充開關(guan) 電路消耗的能量,從(cong) 電壓的波形上來看為(wei) 鋸齒形,但是從(cong) 電流的波形上來看卻是脈衝(chong) 形的,它們(men) 都是非正弦周期量,包含有豐(feng) 富的諧波,並且絕大部分在音頻範圍(20-20000Hz),其中l00Hz的成分很可能是產(chan) 生音頻幹擾的重要來源。

  同樣,根據傅裏葉分析法,這個(ge) 非正弦周期函數可以分解成為(wei) 基波和高次諧波,其能量主要集中在基波附近,高次諧波的能量很少。由於(yu) 它的峰峰值較小(僅(jin) 僅(jin) 為(wei) 幾伏到幾卡伏),如果能夠通過某些電路元件(如LC網絡等)以電磁波的形式發射出去,對收音機等元線電接收設備的幹擾是比較小的。以中波波段(531-1611kHz)中的1000kHz頻率為(wei) 例,1∞Hz脈衝(chong) 形電流中的1則kHz諧波才與(yu) 之諧振,該頻率上的能量幾乎為(wei) 零,除非將收音機緊貼其放置,否則不可能出現幹擾。但是實際上許多收音機在距離該開關(guan) 式穩壓電源較遠的位置仍然可以出現幹擾,原因是什麽(me) 呢?可以通過下麵的分析得出結論。#p#分頁標題#e#

  用低頻信號去調製高頻載波的幅度,使高頻載波的整體(ti) 包絡線與(yu) 低頻信號的變化規律相同,這就是調幅,相應的已調波就是調幅波。如果低頻信號是單一頻率的正弦波,高頻載波也是單一頻率的正弦波,兩(liang) 者通過調製作用得到調幅波,根據幅度調製原理,低頻信號的幅度與(yu) 高頻載波信號的幅度比小於(yu) 1:3的情況下,載波的包絡線基本與(yu) 低頻信號類似。如果低頻信號是多個(ge) 頻率,則調幅波的頻譜即為(wei) 載波和上下兩(liang) 個(ge) 邊頻帶。開關(guan) 式穩壓電源的低頻脈衝(chong) 幅度較小而高頻開關(guan) 脈衝(chong) 的幅度較大,在開關(guan) 式穩壓電源內(nei) 部這種調幅作用必然會(hui) 發生,因此該電源所產(chan) 生的電磁輻射就是調幅幹擾波,由於(yu) 兩(liang) 者都包含豐(feng) 富的基波和諧波。交叉調製的結果使得幹擾遍布在超音頻以上很寬的頻率範圍內(nei) ,所以會(hui) 在中、短波範圍內(nei) 昕到強烈的幹擾聲音,而且這種幹擾幾乎遍布整個(ge) 波段。

       為(wei) 了進一步驗證前述問題的存在,用一台直流穩壓電源代替交流電源,直接向開關(guan) 電源供電,測試的結果正如事先預料的一樣,即由於(yu) 不存在100Hz的充電脈衝(chong) ,不論把收音機放在哪都昕不到由收音機發出的噪聲。

  根據以上的試驗可以得到如下的結論:開關(guan) 電源對於(yu) 元線電廣播的幹擾主要來自於(yu) 100Hz低頻充電脈衝(chong) 及其諧波調製高頻方波形成複雜的調幅波。由於(yu) 高頻開關(guan) 方波的強度大,不易抑製,故不應一昧地加強高頻濾波電容器的容量。

  由此聯想到熒光燈電子鎮流器汙染電磁環境的問題,對於(yu) 熒光燈電子鎮流器也做了相應的試驗,雖然熒光燈可以被點亮,但是隨之而來的問題是在該熒光燈下幾乎無法用收音機收昕廣播,電台信號被淹沒在噪聲之中,又由於(yu) 該電子鎮流器的負載是暴露在空間且尺寸較大的熒光燈,因此由它所輻射的幹擾電磁波強度很大,噪聲很嚴(yan) 重。

  4.抗幹擾措施

  綜上所述,開關(guan) 式穩壓電源的電磁輻射幹擾主要來自低頻100Hz充電脈衝(chong) 及其諧波對超音頻振蕩方波及其諧波的幅度調製,減弱的辦法主要有以下幾種:

  (1)采用適當容量的濾波電解電容器。主要應該從(cong) 抗幹擾及性能價(jia) 格比兩(liang) 個(ge) 方麵來考慮。

  (2)在可能的情況下,采用適當的方法,減少超音頻振蕩方波波形的過衝(chong) 和振蕩。這樣做的目的主要是減小超音頻振蕩的高次諧波能量,從(cong) 而可以降低無線電幹擾的程度。

  (3)采用比較完善的曆濾波網絡,削弱開關(guan) 式穩壓電源向交流市電回輸的幹擾。該濾波網絡的形式有很多,可以根據具體(ti) 的電源和負載來綜合考慮選擇電路形式。

#p#分頁標題#e#  (4)合理地設計印製電路板,采用大麵積接地措施,同時加強屏蔽。這樣可以有效地減少分布電容引起的電磁輻射強度,同樣也能較好地提高該電源的可靠程度。

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