中心議題：

• 開關電源引起電磁兼容性的原因
• 開關電源的電磁兼容性設計要點

解決方案：

• 無源補償濾波技術
• 屏蔽技術

通信開關電源一般都采用脈衝寬度調製(PWM)技術，其特點是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高
，另外還有體積小、重量輕、具有遠程監控等優點
，因此被廣泛地應用於程控交換、光數據傳輸、無線基站、有線電視係統及IP網絡中，是信息技術設備正常工作的核心動力。然而，由於其開關器件工作在高頻通斷狀態
，高頻的快速瞬變過程本身就是電磁幹擾(EMD)源
，他產生的電磁幹擾EMI信號有很寬的頻率範圍，又有一定的幅度
，經傳導和輻射會汙染電磁環境，對通信設備和電子產品造成幹擾。

同時
，通信開關電源要有很強的抗電磁幹擾的能力
，特別是對雷擊、浪湧、電網電壓、電場
、磁場、電磁波
、靜電放電、脈衝串、電壓跌落、射頻電磁場傳導抗擾性、輻射抗擾性
、傳導發射、輻射發射等項目需要滿足有關EMC標準的規定。
　　
開關電源引起電磁兼容性的原因
　　
通(tong)信(xin)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)因(yin)工(gong)作(zuo)在(zai)高(gao)電(dian)壓(ya)大(da)電(dian)流(liu)的(de)開(kai)關(guan)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，其(qi)引(yin)起(qi)電(dian)磁(ci)兼(jian)容(rong)性(xing)問(wen)題(ti)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)相(xiang)當(dang)複(fu)雜(za)的(de)。按(an)耦(ou)合(he)通(tong)路(lu)來(lai)分(fen)
，可(ke)分(fen)為(wei)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)和(he)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)兩(liang)種(zhong)

；anzhaoganraoxinhaoduiyudianluzuoyongdexingtaibutong
，kejiangdianyuanxitongneideganraofenweigongmoganraohechamoganraoliangzhong。tongchang
，xianludianyuanxianshangderenhechuandaoganraoxinhao，doukebiaoshichenggongmohechamoganraoliangzhongfangshi。
　　
在開關電源中，主功率開關管在高電壓、dadianliuhuoyigaopinkaiguanfangshigongzuoxia
，kaiguandianyajikaiguandianliudeboxingzaizuxingfuzaishijinsiweifangbo，qizhonghanyoufengfudegaocixiebofenliang。youyudianyachakeyichanshengdianchang
、電dian流liu的de流liu動dong可ke以yi產chan生sheng磁ci場chang
，以yi及ji豐feng富fu的de諧xie波bo電dian壓ya電dian流liu的de高gao頻pin部bu分fen在zai設she備bei內nei部bu產chan生sheng電dian磁ci場chang
，從cong而er造zao成cheng設she備bei內nei部bu工gong作zuo的de不bu穩wen定ding
，使shi設she備bei的de性xing能neng降jiang低di。同tong時shi，由you於yu電dian源yuan變bian壓ya器qi的de漏lou電dian感gan及ji分fen布bu電dian容rong，以yi及ji主zhu功gong率lv開kai關guan器qi件jian的de工gong作zuo狀zhuang態tai非fei理li想xiang，在zai高gao頻pin開kai或huo關guan時shi，常chang常chang產chan生sheng高gao頻pin高gao壓ya的de尖jian峰feng諧xie波bo振zhen蕩dang，該gai諧xie波bo振zhen蕩dang產chan生sheng的de高gao次ci諧xie波bo，通tong過guo開kai關guan管guan與yu散san熱re器qi問wen的de分fen布bu電dian容rong傳chuan人ren內nei部bu電dian路lu或huo通tong過guo散san熱re器qi及ji變bian壓ya器qi向xiang空kong間jian輻fu射she。
　　
如圖1所suo示shi，電dian網wang中zhong含han有you的de共gong模mo和he差cha模mo噪zao聲sheng對dui開kai關guan電dian源yuan產chan生sheng幹gan擾rao
，開kai關guan電dian源yuan在zai受shou到dao電dian磁ci幹gan擾rao的de同tong時shi也ye對dui電dian網wang其qi他ta設she備bei以yi及ji負fu載zai產chan生sheng電dian磁ci幹gan擾rao，例li如ru返fan回hui噪zao聲sheng、輸出噪聲和輻射幹擾等。進行開關電源EMI／EMC設計時，一方麵要防止開關電源對電網和附近的電子設備產生幹擾；另一方麵要加強開關電源本身對電磁幹擾環境的適應能力。下麵用等效電路分別介紹共模和差模幹擾產生的原因及路徑。


如圖2所示


，當開關管轉為“關”時，集電極與發射極間的電壓快速上升達500V
，他產生的電流經集電極與地之間的分布電容返回整流橋，這個按開關頻率工作的脈衝串電流是共模噪聲。這個電壓會引起共模電流Icm2向CP2充電和共模電流Icm1向CP1充電，其中CP1為變壓器初、次級之間的分布電容，CP2為開關電源與散熱器之間的分布電容(即開關管集電極與地之間的分布電容)。則線路中共模電流總大小為Icm1+Icm2。

如圖3所示，當開關管轉為“開”時
，儲能電容Cs的能量由AC電網和整流橋提供，他被開關管變換器的快速開關頻率所變換
，並通過變壓器形成脈衝電流IL
，他具有非常豐富的開關頻率諧波。儲能電容不是一個純電容，他有串聯電阻和電感。當整流橋處開關管“開”時，在AC電網端，IL會產生一個由電容的L，R，C所呈現的阻抗電壓，這就是開關電源產生差模發射源的原理。差模電流Idm和信號電流IL沿著導線

、變壓器初級、開關管組成的回路流通。
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開關電源的電磁兼容性設計
　　
電磁兼容性(ElectromagneticCompatibility，EMC)是指在有限的空間
、時間和頻譜範圍內
，各種電氣設備共存而不引起性能的下降。形成電磁幹擾的三要素是幹擾源
、傳播途徑和受擾設備，因而，抑製電磁幹擾也應該從這3個方麵著手。首先應該抑製幹擾源
，直接消除幹擾原因
；其次是消除幹擾源和受擾設備之間的耦合和輻射
，切斷電磁幹擾的傳播途徑；第三是提高受擾設備的抗擾能力

，降低其對噪聲的敏感度。目前抑製開關電源EMI的幾種措施基本上都是用切斷電磁幹擾源和受擾設備之間的耦合通道
，常用的方法是屏蔽和濾波，他們的確是行之有效的辦法。



無源補償濾波技術
　　
濾(lv)波(bo)是(shi)抑(yi)製(zhi)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)的(de)一(yi)種(zhong)很(hen)好(hao)的(de)辦(ban)法(fa)。在(zai)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)接(jie)上(shang)濾(lv)波(bo)器(qi)，即(ji)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)並(bing)向(xiang)電(dian)網(wang)反(fan)饋(kui)的(de)幹(gan)擾(rao)
，也(ye)可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)來(lai)自(zi)電(dian)網(wang)的(de)噪(zao)聲(sheng)對(dui)電(dian)源(yuan)本(ben)身(shen)的(de)侵(qin)害(hai)。開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)工(gong)作(zuo)頻(pin)率(lv)一(yi)般(ban)在(zai)10～130kHz
，對開關電源產生的高頻段EMI信號
，隻要選擇相應的去耦電路或網絡結構較為簡單的EMI濾波器，就能達到理想的濾波效果。幹擾抑製電路如圖4所示，CX1和CX2叫做差模電容，L1叫做共模電感
，CY1和CY2叫做共模電容。電阻R用於消除可能在濾波器中出現的靜電積累。IEC-380安全技術條件標準的8.8部分指出，若CX>0.1μF則R=t／2.2C(t=1s，C=2CXμF)。

由(you)這(zhe)些(xie)集(ji)中(zhong)參(can)數(shu)元(yuan)件(jian)構(gou)成(cheng)無(wu)源(yuan)低(di)通(tong)網(wang)絡(luo)，抑(yi)製(zhi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)產(chan)生(sheng)的(de)向(xiang)電(dian)網(wang)反(fan)饋(kui)的(de)傳(chuan)導(dao)幹(gan)擾(rao)，同(tong)時(shi)抑(yi)製(zhi)來(lai)自(zi)電(dian)網(wang)的(de)噪(zao)聲(sheng)對(dui)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)本(ben)身(shen)的(de)侵(qin)害(hai)，為(wei)了(le)使(shi)通(tong)過(guo)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)C流入地的漏電流維持在安全範圍內，CX=0.1～0.2μF，CY的值一般適合取在0.1～0.33μF之間，不宜過大，相應的扼流線圈L應選大些，一般適合取在0.5μH～8mH之間，這樣既符合安全要求
，又能抑製電磁幹擾。

共模電感L1是在同一個磁環上由繞向相反、zashuxiangtongdelianggeraozugoucheng。shilvboqijierudianluhou，liangzhixianquanneidianliuchanshengdecitongzaicihuanneixianghudixiao，buhuishicihuandadaocibaohezhuangtai，congershiliangzhixianquandedianganzhibaochibubian。tongchangshiyonghuanxingcixin，loucixiao，xiaolvgao。danshiraoxiankunnan，rucihuandecailiaobukenengzuodaojueduijunyun
，lianggexianquanderaozhiyebukenengwanquanduichengdeng
，shidelianggeraozudedianganliangshibuxiangdengde，yushi
，xingchengchamodiangan。suoyi，yibandianluzhongbubizaishezhidulidechamodianganle。gongmodiangandechazhidianganyudianrongCX1及CX2構成了一個Ⅱ型濾波器。這種濾波器對差模幹擾有較好的衰減。除了共模電感以外，圖4中的電容CY1及CY2也是用來濾除共模幹擾的。共模濾波的衰減在低頻時主要由電感器起作用，而在高頻時大部分由電容CY1及CY2起作用。電容CY的選擇要根據實際情況來定
，由於電容CY接於電源線和地線之間，承受的電壓比較高，所以
，需要有高耐壓
、低漏電流特性。


使用LC濾波電路，可根據公式計算電路的諧振頻率，調整電感、電容，使諧振頻率與幹擾頻率相近或接近幹擾頻率的中心頻率。對頻率很高的電磁幹擾，可以使用三端電容或穿心電容進行濾波。

屏蔽技術
　　
屏蔽是抑製開關電源輻射幹擾的有效方法。一般分為兩類：一類是靜電屏蔽，主要用於防止靜電場和恒定磁場的影響
；另(ling)一(yi)類(lei)是(shi)電(dian)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)，主(zhu)要(yao)用(yong)於(yu)防(fang)止(zhi)交(jiao)變(bian)電(dian)場(chang)，交(jiao)變(bian)磁(ci)場(chang)以(yi)及(ji)交(jiao)變(bian)電(dian)磁(ci)場(chang)的(de)影(ying)響(xiang)。可(ke)以(yi)用(yong)導(dao)電(dian)性(xing)能(neng)良(liang)好(hao)的(de)材(cai)料(liao)對(dui)電(dian)場(chang)進(jin)行(xing)屏(ping)蔽(bi)，用(yong)磁(ci)導(dao)率(lv)高(gao)的(de)材(cai)料(liao)對(dui)磁(ci)場(chang)進(jin)行(xing)屏(ping)蔽(bi)。實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)，主(zhu)要(yao)是(shi)應(ying)用(yong)於(yu)隔(ge)離(li)變(bian)壓(ya)器(qi)。變(bian)壓(ya)器(qi)繞(rao)組(zu)間(jian)的(de)交(jiao)叉(cha)耦(ou)合(he)電(dian)容(rong)為(wei)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)流(liu)過(guo)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)了(le)通(tong)路(lu)。這(zhe)一(yi)交(jiao)叉(cha)耦(ou)合(he)電(dian)容(rong)可(ke)以(yi)在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)結(jie)構(gou)中(zhong)采(cai)用(yong)法(fa)拉(la)第(di)屏(ping)蔽(bi)(Faradayshield)來減小。法拉第屏蔽簡單來說就是用銅箔或鋁箔包繞在原方和副方繞組之間形成一個靜電屏蔽層隔離區並接地，以減小交叉耦合電容。
　　
圖5為變壓器原邊繞組和副邊繞組。其中N1A，N1B是原邊繞組，分兩次繞
；N2A
，N2B是副邊繞組；N3，N4分別是輔助繞組；SCREEN為(wei)銅(tong)箔(bo)屏(ping)蔽(bi)。安(an)規(gui)上(shang)一(yi)般(ban)要(yao)求(qiu)散(san)熱(re)器(qi)接(jie)地(di)，那(na)麼(me)開(kai)關(guan)管(guan)漏(lou)極(ji)與(yu)散(san)熱(re)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)就(jiu)為(wei)共(gong)模(mo)噪(zao)聲(sheng)提(ti)供(gong)了(le)通(tong)路(lu)，可(ke)以(yi)在(zai)漏(lou)極(ji)和(he)散(san)熱(re)器(qi)之(zhi)間(jian)加(jia)一(yi)銅(tong)箔(bo)或(huo)鋁(lv)箔(bo)並(bing)接(jie)地(di)以(yi)減(jian)小(xiao)此(ci)寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)。采(cai)用(yong)磁(ci)屏(ping)蔽(bi)效(xiao)果(guo)比(bi)較(jiao)好(hao)的(de)鐵(tie)氧(yang)體(ti)磁(ci)芯(xin)如(ru)PQ型或者P型來製作變壓器可以很大程度上減小變壓器漏磁從而減小原副方繞組漏感，有效抑製了EMI的傳播。


隨sui著zhe開kai關guan電dian源yuan不bu斷duan向xiang高gao頻pin化hua發fa展zhan，其qi抗kang幹gan擾rao問wen題ti顯xian得de越yue發fa重zhong要yao。在zai開kai發fa和he設she計ji開kai關guan電dian源yuan中zhong，如ru何he有you效xiao抑yi製zhi開kai關guan電dian源yuan的de電dian磁ci幹gan擾rao，同tong時shi提ti高gao開kai關guan電dian源yuan本ben身shen對dui電dian磁ci幹gan擾rao的de抗kang幹gan擾rao能neng力li是shi一yi個ge重zhong要yao課ke題ti。幾ji種zhong抗kang幹gan擾rao措cuo施shi既ji相xiang互hu獨du立li又you相xiang互hu聯lian係xi，必bi須xu同tong時shi采cai用yong多duo種zhong措cuo施shi才cai能neng達da到dao良liang好hao的de抗kang幹gan擾rao效xiao果guo。