開關電源的中心議題：

• 開關電源電磁幹擾產生/傳播的機理
• 開關電源幹擾的抑製措施

開關電源的解決方案：

• 屏蔽、接地和濾波解決方法

摘 要：開關電源本身產生的幹擾直接危害著電子設備的正常工作抑製開關電源本身的電磁噪聲．是開發和設計開關電源的一個重要課題。簡要地對開關電源電磁幹擾產 生、傳播的機理進行了介紹，總結了幾種主要的抑製開關電源電磁幹擾產生及傳播的方法。

0 引言

開關電源作為電子設備的供電裝置
，具有體積小、重量輕
、效率高等優點，在數字電路中得到了廣泛的應用，然而由於工作在高頻開關狀態，屬於強幹擾源，其本身 chanshengdeganraozhijieweihaizhedianzishebeidezhengchanggongzuo。yinci
，yizhikaiguandianyuanbenshendediancizaosheng，tongshitigaoqiduidianciganraodekangraoxing，yibaozhengdianzishebeinenggouchangqianquankekaodigongzuo，shi 開發和設計開關電源的一個重要課題。

1 開關電源幹擾的產生

開關電源的幹擾一般分為兩大類：一是開關電源內部元器件形成的幹擾；二是由於外界因素影響而使開關電源產生的幹擾。兩者都涉及到人為因素和自然因素。

1．1 開關電源內部幹擾
開關電源產生的EMI主要是由基本整流器產生的高次諧波電流幹擾和功率變換電路產生的尖峰電壓幹擾。

1．1．1 基本整流器
基本整流器的整流過程是產生EMI最常見的原因。這是因為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yan著zhe輸shu電dian線xian路lu產chan生sheng傳chuan導dao幹gan擾rao和he輻fu射she幹gan擾rao，使shi前qian端duan電dian流liu發fa生sheng畸ji變bian
，一yi方fang麵mian使shi接jie在zai其qi前qian端duan電dian源yuan線xian上shang的de電dian流liu波bo形xing發fa生sheng畸ji變bian，另ling一yi方fang麵mian通tong過guo電dian源yuan線xian 產生射頻幹擾。

1 1．2 功率變換電路
功率變換電路是開關穩壓電源的核心，它產帶較寬且諧波比較豐富。產生這種脈衝幹擾的主要元器件為

1）開關管開關管及其散熱器與外殼和電源內部的引線間存在分布電容
，當開關管流過大的脈衝電流（大體上是矩形波）時，該波形含有許多高頻成份；同時，關電 yuanshiyongdeqijiancanshurukaiguangonglvguandecunchushijian，shuchujidedadianliu
，kaiguanzhengliuerjiguandefanxianghuifushijian
，huizaochenghuilushunjianduanlu，chanshenghendaduanludianliu
，lingwai，kaiguanguandefuzaishi 高頻變壓器或儲能電感，在開關管導通的瞬間，變壓器初級出現很大的湧流，造成尖峰噪聲。

2）高頻變壓器 開關電源中的變壓器
，用作隔離和變壓，但由於漏感的原因，會產生電磁感應噪聲；同時
，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會將一次側高次諧波噪聲傳遞給次 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）整流二極管二次側整流二極管用作高頻整流時，由於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(yi)旦(dan)這(zhe)個(ge)反(fan)向(xiang)電(dian)流(liu)恢(hui)複(fu)時(shi)的(de)斜(xie)率(lv)過(guo)大(da)，流(liu)過(guo)線(xian)圈(quan)的(de)電(dian)感(gan)就(jiu)產(chan)生(sheng)了(le)尖(jian)峰(feng)電(dian)壓(ya)，在(zai)變(bian)壓(ya)器(qi)漏(lou)感(gan)和(he)其(qi)他(ta)分(fen)布(bu)參(can)數(shu)的(de)影(ying)響(xiang)下(xia)將(jiang)產(chan)生(sheng)較(jiao)強(qiang)的(de)高(gao)頻(pin)幹(gan)擾(rao)
，其(qi)頻(pin)率(lv)可(ke)達(da)幾(ji) 十MHz。

4）電容、電感器和導線開關電源由於工作在較高頻率

，會使低頻元件特性發生變化

，由此產生噪聲。

1．2 開關電源外部幹擾
開關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zhong的de幾ji種zhong幹gan擾rao中zhong，能neng夠gou通tong過guo電dian源yuan進jin行xing傳chuan輸shu並bing造zao成cheng設she備bei的de破po壞huai或huo影ying響xiang其qi工gong作zuo的de主zhu要yao是shi電dian快kuai速su瞬shun變bian脈mai衝chong群qun和he浪lang湧yong衝chong擊ji波bo
，而er靜jing電dian放fang電dian等deng幹gan擾rao隻zhi要yao電dian源yuan設she備bei本ben身shen不bu產chan 生停振
、輸出電壓跌落等現象
，就不會造成因電源引起的對用電設備的影響。[page]

2 開關電源幹擾耦合途徑

開關電源幹擾耦合途徑有兩種方式：一種是傳導耦合方式

，另一種是輻射耦合方式。

2．1 傳導耦合
chuandaoouheshisaoraoyuanyuminganshebeizhijiandezhuyaoouhetujingzhiyi。chuandaoouhebixuzaisaoraoyuanyuminganshebeizhijiancunzaiyouwanzhengdedianlulianjie，diancisaoraoyanzhezheyilianjiedianlucongsaoraoyuanchuanshudian 磁騷擾至敏感設備，產生電磁幹擾。按其耦合方式可分為電路性耦合、電容性耦合和電感性耦合。在開關電源中，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、最簡單的傳導耦合方式。其又有以下幾種：

1）直接傳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導至電路而造成對電路的幹擾。

2）共(gong)阻(zu)抗(kang)耦(ou)合(he)由(you)於(yu)兩(liang)個(ge)以(yi)上(shang)電(dian)路(lu)有(you)公(gong)共(gong)阻(zu)抗(kang)，當(dang)兩(liang)個(ge)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)經(jing)一(yi)個(ge)公(gong)共(gong)阻(zu)抗(kang)時(shi)，一(yi)個(ge)電(dian)路(lu)的(de)電(dian)流(liu)在(zai)該(gai)公(gong)共(gong)阻(zu)抗(kang)上(shang)形(xing)成(cheng)的(de)電(dian)壓(ya)就(jiu)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)另(ling)一(yi)個(ge)電(dian)路(lu)，這(zhe)就(jiu)是(shi) 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
dianrongxingouheyechengweidianouhe，youyulianggedianluzhishengdejianfengdianyashiyizhongyoujiaodafududezhaimaichong，qipinjiancunzaijishengdianrong
，shiyigedianludedianhetongguojishengdianrongyingxiangdaolingyitiaozhilu。

2.1.3 電感性耦合
電dian感gan性xing耦ou合he也ye稱cheng為wei磁ci耦ou合he，兩liang個ge電dian路lu之zhi間jian存cun在zai互hu感gan時shi

，當dang幹gan擾rao源yuan是shi以yi電dian源yuan形xing式shi出chu現xian時shi，此ci電dian流liu所suo產chan生sheng的de磁ci場chang通tong過guo互hu感gan耦ou合he對dui鄰lin近jin信xin號hao形xing成cheng幹gan擾rao。

2．2 輻射耦合
通過輻射途徑造成的騷擾耦合稱為輻射耦合。輻射耦合是以電磁場的形式將電磁能量從騷擾源經空間傳輸到接受器。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 天線與天線間的輻射耦合
在實際工程中，存在大量的天線電磁耦合。例如
，開關電源中長的信號線
、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回路。因 此ci，電dian纜lan線xian是shi內nei部bu電dian路lu暴bao露lu在zai機ji箱xiang外wai麵mian的de部bu分fen
，最zui易yi受shou到dao騷sao擾rao源yuan輻fu射she場chang的de耦ou合he而er感gan應ying出chu騷sao擾rao電dian壓ya或huo騷sao擾rao電dian流liu，沿yan導dao線xian進jin入ru設she備bei形xing成cheng輻fu射she騷sao擾rao。

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等對其內部的電磁騷擾。

3 抑製幹擾的一些措施

形成電磁幹擾的三要素是騷擾源
、傳播途徑和受擾設備。因而，抑製電磁幹擾也應該從這三方麵人手，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(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)技(ji)術(shu)可(ke)以(yi)有(you)效(xiao)地(di)抑(yi)製(zhi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)幹(gan)擾(rao)

，即(ji)用(yong)電(dian)導(dao)率(lv)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)。屏(ping)蔽(bi)有(you)兩(liang)個(ge)目(mu)的(de)，一(yi)是(shi)限(xian) 製內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部區域。其原理是利用屏蔽體對電磁能量的反射、吸收和引導作用。為了抑製開關電源產生的輻 射(she)，電(dian)磁(ci)騷(sao)擾(rao)對(dui)其(qi)他(ta)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)的(de)影(ying)響(xiang)
，可(ke)完(wan)全(quan)按(an)照(zhao)對(dui)磁(ci)場(chang)屏(ping)蔽(bi)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)加(jia)工(gong)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)，然(ran)後(hou)將(jiang)整(zheng)個(ge)屏(ping)蔽(bi)罩(zhao)與(yu)係(xi)統(tong)的(de)機(ji)殼(ke)和(he)地(di)連(lian)接(jie)為(wei)一(yi)體(ti)，就(jiu)能(neng)對(dui)電(dian)磁(ci)場(chang)進(jin)行(xing)有(you)效(xiao)的(de)屏(ping) 蔽。

2）所謂接地，就是在兩點間建立傳導通路
，以便將電子設備或元器件連接到某些叫作“地”的參考點上。接地是開關電源設備抑製電磁幹擾的重要方法，電源某些 部分與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，會出現閉合的接地環路，當磁力線穿過該環路時將產 生磁感應噪聲。實際上很難實現“一點接地”
，因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平麵式或多點接地
，利用一個導電平麵作為參考地
，需要接地的 gebufenjiujinjiedaogaicankaodishang。weijinyibujianxiaojiedihuiludeyajiang，keyongpangludianrongjianshaofanhuidianliudefuzhi。zaidipinhegaopingongcundedianluxitongzhong，yingfenbiejiangdipindianlu、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濾波器作為抑製電源線傳導幹擾的重要單元，可以抑製來自電網 deganraoduidianyuanbenshendeqinhai
，yekeyiyizhiyoukaiguandianyuanchanshengbingxiangdianwangfankuideganrao。zailvbodianluzhong，haicaiyonghenduozhuanyongdelvboyuanjian
，ruchuanxindianrongqi、三端電容器、鐵氧體磁 環
，它們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。[page]

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）為使工作時的濾波器頻率特性與設計值相符合，要求與它連接的信號源阻抗和負載阻抗的數值等於設計時的規定值：
（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）lvboqideshurenheshuchuxianbunengjiaocha，fouzehuiyinlvboqideshuruheshuchudianrongouhetongluyinqichuanrao
，congerjiangdilvbotexing
，tongchangdebanfashishuruheshuchuduanzhijianjiagebanhuoping 蔽層。

4 結語

kaiguandianyuanchanshengdianciganraodeyinsuhaiyouhenduo，yizhidianciganraohaiyoudaliangdegongzuoyaozuo。quanmianyizhikaiguandianyuandegezhongzaoshengjiangshikaiguandianyuangengjiaanquankekaodiyunxing。