通信开关电源电磁兼容性的问题及解决方法

为了抑制通信开关电源受到的电磁干扰，解决其电磁兼容性问题，从开关电源的电磁干扰，电磁兼容性等的特点出发，详细分析共模／差模干扰，传导干扰和辐射干扰，并根据相应的干扰问题，提出了开关电源内部PCB布线、元器件分布要求，EMI滤波电路，典型的共模／差模干扰滤波器及其改进方法。同时从电路设计，仪器设备等方面进行改进，进而达到开关电源的工作性能最优化。

现代通信，电子、电气设备的正常工作都离不开电源。通信电源在通信设备中具有不可比拟的重要地位。随着通信事业的飞速发展，手机、电话、电脑等通信工具走人人们的生活，已经变得越来越普遍。通信设备的不断更新，对于通信开关电源的要求也越来越高。通信开关电源具有体积小、重量轻、效率高、工作可靠等优点，广泛应用于光数据传输、程控交换、无线基站、有线电视系统及IP网络中，是电子电气设备正常工作的“心脏”。

1 通信开关电源的干扰

通信开关电源要稳定工作就要有很强的抗电磁干扰能力，对于电场，磁场及电磁波等要有足够的抗干扰能力，保证自身能够正常工作以及通信设备供电的稳定且不间断，同时也要不受通信系统本身因通信时电磁波带来的干扰。一般来讲，开关电源受到的干扰源有电压电流快速变化造成的干扰，传导干扰和辐射干扰。开关电源的干扰来源有：开关电源的大功率开关管工作在高压大电流的切换状态，由导通切换为关断状态时形成浪涌电压，或由关断切换为导通状态时形成的浪涌电流，它们的高次谐波成分会通过空间向外发射或通过电源线的传导构成干扰源。由关断切换为导通状态时，开关变压器副方的整流二极管受反方向恢复特性的限制，产生尖峰状的反向电流，它与二极管结电容以及引线电感等形成阻尼正弦振荡，也含有大量的谐波成分，构成干扰。

通信开关电源电磁干扰特点：

（1）整流或续流二极管及主功率变压器在高压、大电流及高频开关的方式下工作，其电流电压快速变化会造成干扰，从而造成开关电源内部工作的不稳定，使电源的性能降低。

（2）收发天线的极化，方向特性EMC辐射。通信开关电源受到：9 kHz～30 MHz的射频磁场干扰；30～1 000 MHz的射频电场干扰。

（3）部分电磁场通过开关电源机壳的缝隙，向周围空间辐射，与通过电源线、直流输出线产生的辐射电磁场，一起通过空间传播的方式，对其他高频设备及对电磁场比较敏感的设备造成干扰，引起其他设备工作异常。

因此，对通信开关电源，要限制由负载线、电源线产生的传导干扰圾空间传播时产生的辐射电磁场干扰量，使它们能与处于同一环境中的其他电信设备均能够正常工作，互不产生干扰。

2 国内外电磁兼容性标准

电磁兼容性是指设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力。国内外已有大量的电磁兼容性标准，为系统内的设备相互达到电磁兼容性制订了约束条件。其中CISPR16、CISPR22及CISPR24构成了信息技术设备包通信开关电源设备的电磁兼容性测试内容及测试方法要求，是目前通信开关电源电磁兼容性设计的最基本要求。

3 开关电源的电磁兼容性问题分析

通信开关电源因工作在高电压大电流的开关工作状态下，其引起电磁兼容性问题的原因是相当复杂的。有通信系统的高频信号对开关电源的电磁干扰；同时，开关电源由于本身的电路设计，PCB布线，元器件的性能等也会对通信，或其他电子、电气设备产生干扰。其中，按耦合通路来分，可分为传导干扰和辐射干扰两种；按照干扰信号对于电路作用的形态不同，可将电源系统内的干扰分为共模干扰和差模干扰两种。通常，线路电源线上的任何传导干扰信号，都可表示成共模和差模干扰两种方式。

在开关电源中，主功率开关管在高电压、大电流或以高频开关方式工作下，开关电压及开关电流的波形在阻性负载时近似为方波，波信号含有丰富的高次谐波，该高次谐波的频谱可达方波频率的1 000次以上。由于电压差可以产生电场、电流的流动可以产生磁场，以及丰富的谐波电压电流的高频部分在设备内部产生电磁场，从而造成设备内部工作的不稳定，使设备的性能降低。同时，由于电源变压器的漏电感及分布电容，以及主功率开关器件的工作状态并不是理想的，在高频开或关时，常产生高频高压的尖峰谐波振荡，该谐波振荡产生的高次谐波，通过开关管与散热器问的分布电容传入内部电路或通过散热器及变压器向空间辐射。

通信开关电源采用了有源功率因数校正，虽然控制复杂，但效果与负载无关，提高了功率因数，使性能更佳。