开关电源电磁兼容性问题研究

1 前言

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[1][2]。

2 国内外电磁兼容性标准[1]

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设备构成不能承受的电磁干扰的能力。

要彻底消除设备的电磁干扰及对外部一切电磁干扰信号是不可能的。只能通过系统地制定设备与设备之间允许产生的电磁干扰大小及抵抗电磁干扰的能力的标准，才能使电气设备及系统间达到电磁兼容的要求。国内外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。

国际无线电干扰特别委员会(CISPR)是国际电工委员会(IEC)下属的一个电磁兼容标准化组织，设六个分会。早在1934年就开展EMC标准的研究。其中第六分会(SCC)主要负责制定关于干扰测量接收机及测量方法的标准。CISPR16《无线电干扰和抗干扰度测量设备规范》对电磁兼容性测量接收机、辅助设备的性能以及校准方法给出了详细的要求。CISPR17《无线电干扰滤波器及抑制元件的抑制特性测量》制订了滤波器的测量方法。CISPR22《信息技术设备无线电干扰限值和测量方法》规定了信息技术设备在0.15MHz~1000MHz频率范围内产生的电磁干扰限值。CISPR24《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》规定了信息技术设备对外部干扰信号的时域及频域的抗干扰性能要求。其中CISPR16、CISPR22及CISPR24构成了信息技术设备包括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。

IEC最近也出版了大量的基础性电磁兼容性标准，其中最有代表性的是IEC61000系列标准。它规定电子电气设备的雷击、浪涌(SURGE)、静电放电(ESD)、电快速瞬变脉冲群(EFT)、电流谐波、电压跌落、电压瞬变及短时中断、电压起伏和闪烁、辐射电磁场、由射频电磁场引起的传导干扰抗扰度、传导干扰及辐射干扰等的电磁兼容性要求。

另外，美国联邦委员会制定的FCC15、德国电气工程师协会制订的VDE0871、2A1、VDE0871、2A2、VDE0878，都对通信设备的电磁兼容性提出了要求。

我国对电磁兼容性标准的研究比较晚，采取的最主要的办法是引进、消化、吸收，洋为中用是国内电磁兼容性标准制订的最主要方法。1998年，信息产业部根据CISPR22、IEC61000系列标准及ITU-T0.41标准，制定了YD/T983-1998《通信电源设备电磁兼容性限值及测量方法》，详尽规定了通信电源设备包括通信开关电源的电磁兼容性的具体测试项目、要求及测试方法，为通信电源电磁兼容性的检验、达标并通过入网检测明确了设计目标。

国标也等同采用了相应的国际标准。如GB/T17626.1~12系列标准等同采用了IEC61000系列标准;GB9254-1998《信息技术设备的无线电干扰限值及测量方法》等同采用CISPR22;GB/T17618-1998《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》等同采用CISPR24。

3 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