小功率开关电源传导干扰的分析

将电流的畸变减小到最小， 就需要在整流过后增加一级滤波电路。

其中以LC—Ⅱ 型滤波电路在小功率电源中最为常用。

该滤波电路既可以抑制干扰信号的共模成分， 也可以抑制干扰信号的差模成分。

2. 2 高频变压器的选择

一个小功率开关电源最关键的部件就是高频变压器。它在完成电平变换、电气隔离的同时， 由于本身的电感结构， 会带来大量的高次谐波。它的漏感也是形成尖峰干扰的重要原因。脉冲宽度调制开关电源的工作频率通常为20 kHz~ 400 kHz。这样就可以将激励源看成周期性的信号， 又由于磁芯的非线性特性及磁芯饱和， 谐波将出现在磁场和电流中。这些谐波会极大地增强电磁干扰。抑制其电磁干扰（ EM I）干扰的主要措施有： ① 可以选择形状偏长的变压器磁芯， 尽量减少所有绕组的线包层数， 从而减小变压器的漏感和绕组本身的分布电容；②将变压器的初级绕组绕在最里层， 以便获得最短的每匝线包导线长度， 减小初级绕组的分布电容；③ 功率管的漏级连接初级绕组起始部分， 减小开关电源高频变压器电磁噪声发射。

2. 3 钳位电路上二极管的选择

在小功率开关电源产品的设计中， 对高频变压器原边绕组一般需要在并联的钳位回路里面串联一个快恢复的二极管来保证对原边绕组的充电和放电。同时， 该二极管还可以起到抑制三极管或者功率开关管开关过程中出现的电压尖峰， 从而抑制了电压尖峰引起电流急剧变化而产生的射频干扰的作用。在为该钳位二极管选型时主要根据可能出现的暂态过电压极性来选用单向极性管或双向极性管。同时， 管子的最大钳位电压应低于被保护功率管的耐受水平， 而管子的功率通常由抑制暂态过电压时可能吸收的最大功率决定。

2. 4 线路板布局

在小功率开关电源中， 由于结构的不一样， 线路板的外形也是各不一样； 同时体积较小， 器件选型时对参数的要求较为苛刻。所以对整体的布局要求尽可能地按照电路原理中电流的流向来安排， 并使同类元器件的方向尽量保持一致。这样的布局不但有利于电流或信号的流通， 同时也便于在生产过程中检查、调试以及检修。而针对变压器体积小， 引脚与引脚之间空隙不大， 初级和次级的距离较小， 在线路板空间允许的情况下， 将初级和次级之间的线路板挖空。这样比直接线路板连接会增加爬电距离2~ 3倍。

2. 5 地线回路设计

在小功率开关电源中， 功率管的导通和截止瞬间，电压和电流变化尤其剧烈， 以至于产生了严重干扰信号。但产品一般不增加屏蔽器件， 甚至有些产品的功率管都不加散热片， 其产生的热量通过线路板直接散发， 其产生的干扰信号幅度明显增加， 因此更要合理处理好地线回路的设计。合理的地线回路主要是通过对电流流向的分析来选择， 依据有： ①地线中的电流是否通过了与此电流无关的其他电路或导线； ②有没有其他器件或电路中的电流流入了该电路的地线。同时，因小功率的电源功率较小， 一般考虑以单点接地为主要设计思路。

3 应用案例分析

一镍氢电池充电器产品， 额定功率5W.在其出厂前， 用实验室设备（人工电源网络为PMM L2??16A,EM I接收机为PMM9010） 对其进行预测试， 采用的测试标准为GB55014,，其结果如图4所示。

图4 预测试结果

从图4中可以看出在2 MH z频率点附近最大超出为5 dBuV.为保证能够顺利通过认证机构的实验室测试， 一般要求预测试结果比标准限制低2 dBuV,希望尽量能够比标准限值低6 dBuV.所以从图4可知该产品的预测试结果并不理想。初步分析测试图，可能性最大的原因是开关管工作时产生的干扰把2MH z频率点附近的噪声电平底部悬空， 从而把传导干扰的电平抬高。而在传导发射测试中， 1 MH z~2MH z的频率信号干扰是由共模电流产生的占主要分量[ 10] .所以初步定性为电流回路对参考地形成的干扰信号。为了能够一次性解决问题以达到标准限值要求， 把可能出现问题的地方都加以改进， 本研究提出了解决方案： ①按照上述措施对线路板进行重新布局， 原始布局如图5（ a）所示， 图中布局虽然按照主电流流向排布， 但缺乏考虑各个子路之间的相互关系。重新布局如图5（ b）所示， 在无法改变PCB板的结构下， 尽可能地将器件排列整齐， 方向一致， 同时增大开关管与变压器之间距离。② 变压器初级增加并联旁路滤波电容， 并联电容值为1 000 pF /1 kV, 用来降低干扰信号对共模电流回路产生的影响。

图5 线路板布局对比

图6 初步整改测试结果

从图6测试的结果分析可知， 在2MHz附近干扰信号幅值相对原先的最大降幅为5 dBuV, 但是在0. 8MHz~1MH z频率领域干扰幅度有所增加， 峰值较为靠近标