开关电源的EMI抑制必不可少

　　开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、工作可靠、可远程监控等优点，而广泛应用于工业、通讯、军事、民用、航空等各个领域。在很多场合，开关电源，特别是通信开关电源要有很强的抗电磁干扰能力，如对浪涌、电网电压波动的适应能力，对静电、电场、磁场及电磁波等的抗干扰能力，保证自身能够正常工作以及对设备供电的稳定性。

　　一方面，因开关电源内部的功率开关管、整流或续流二极管及主功率变压器，是在高频开关的方式下工作，其电压电流波形多为方波。在高压大电流的方波切换过程中，将产生严重的谐波电压及电流。这些谐波电压及电流，一方面通过电源输入线或开关电源的输出线传出，对与电源在同一电网上供电的其它设备及电网产生干扰，使设备不能正常工作;另一方面，严重的谐波电压电流在开关电源内部产生电磁干扰，从而造成开关电源内部工作的不稳定，使电源的性能降低。还有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，对其它高频设备及对电磁场比较敏感的设备造成干扰，引起其它设备工作异常。

　　因此，对开关电源要限制由负载线、电源线产生的传导干扰，及由辐射传播的电磁场干扰，使处于同一电磁环境中的设备均能够正常工作，互不干扰。

　　开关电源的电磁兼容性问题的由来

　　电磁兼容产生的3个要素为：干扰源、传播途径及受干扰体。开关电源因工作在开关状态下，其引起的电磁兼容性问题是相当复杂的。我们从开关电源的组成原理来分析其产生电磁干扰的原由。

　　开关电源的种类很多，按电路结构可分为串联式和直流变换式两种;按激励方式可分为自激和他激两种;按开关管的组合可分为单管、全桥、半桥、推挽，等等。然而，无论何种类型的开关电源，均是利用半导体器件作为开关，以开和关的时间比例来控制输出电压的高低。由于开关电源的工作频率都在几十至几百kHz，所以线路中的电流和电压变化率都很大，产生了很大的电磁干扰，它们会通过电源线以共模和差模的方式向外传输干扰，同时也会向周围空间辐射干扰。图1是普通开关电源线路图，用于说明电源中电磁干扰的产生与耦合途径。

　　图1 开关电源电路简图

　　1.输入整流回路

　　在输入整流回路中，整流管VD1~VD4只有在脉动电压超过输入滤波电容C1上的电压的时候才能导通，电流才从市电电源输入，并对C1进行充电。一旦C1上的电压高于市电电源的瞬时电压，整流管截止。所以，输入整流回路的电流是脉冲性质的，有着丰富的高次谐波电流。输入电流与市电电源电压的不同步，还导致了开关电源的功率因数低下。

　　2.开关回路

　　开关电源在工作时，开关管VT处于高频通断状态，经由高频变压器T的初级线圈、开关管VT和输入滤波电容C1形成了一个高频电流环路。这个环路的存在，就有可能对空间形成电磁辐射。

　　输入滤波电容C1对电磁干扰的形成也有一定的影响，如果C1的电容量不足够大，则输入滤波效果不好，这时高频电流还会以差模方式传导到交流电源中去。

　　此外，在开关回路中，开关管驱动的负载是高频变压器的初级线圈，是电感性的，由于高频变压器的结构不是完全理想的，除了初级电感外，还存在一定的漏电感。所以，在开关管关断的瞬间，变压器中存储的能量不能完全地传送到次级，结果在高频变压器的漏电感上感应出一个尖峰高电压，如果尖峰有足够高的幅度，很有可能会造成开关管VT的击穿。

　　3.次级整流回路

　　开关电源在工作时，次级整流回路的VD5也处于高频通断状态。由高频变压器次级线圈、整流二极管VD5和滤波电容C2构成了高频开关电流环路。由于有这个环路的存在，同样也有可能对空间形成电磁辐射。

　　次级整流回路中的二极管在正向导通时，PN结被充电;在加反向电压时，积累的电荷将被抛散，并因此产生反向电流，这个过程非常短暂。所以，在有分布电感和分布电容存在的回路里，实际上也形成了一个高频的谐振电路，当二极管截止瞬间的电流变化非常剧热时，在整个次级整流回路中会产生高频衰减振荡。

　　4.控制回路

　　在控制回路中的脉冲控制信号是主要的干扰源，只不过与其它各项干扰源比较起来，控制回路的干扰比较小。

　　5.由分布电容引起的干扰

　　(1) 由初级回路开关管外壳与散热器的容性耦合引起的共模传导干扰 在初级回路中，开关管外壳与散热器之间的容性耦合，会在电源输入端产生传导共模干扰。该共模传导的途径形成一个环路。该环路始于高du/dt的散热器和安全接地线，通过交流电源的高频导纳和输入电源线返回。

(2) 由高频变压器初次级之间分布电容引起的共模传导干扰共模干扰是一种相对大地