开关电源电磁干扰的抑制措施

1 概述
由于开关电源的电磁干扰EMI 信号输出既能有很宽的频率范围，又具有一定的幅度，经传导和辐射后会污染电磁环境，对通信设备和电子产品造成干扰。因此，如何进行电磁兼容性设计，有效地抑制开关电源的电磁干扰，对保证电子系统的正常稳定运行具有重要意义。

2 开关电源的电磁干扰
2.1 开关电源的工作原理
直流开关电源由输入部分、功率转换部分、输出部分、控制部分组成。功率转换部分是开关电源的核心，主要由开关三极管和高频变压器组成。它首先将工频交流电整流为直流电，然后经过开关管的控制变为高频，最后经过整流滤波电路输出，得到稳定的直流电压（其原理图及等效原理框图如图1 所示）。

2.2 电磁干扰EMI 的特点
作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大，干扰源主要集中在开关管、输出二极管和高频变压器等。同时，杂散电容会将电网的噪声传导到电子系统的电源而对电子线路的工作产生干扰。相对于数字电路干扰源的位置较为清楚，开关频率不高（从几十千赫和数兆赫兹），主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰； PCB 走线因需采用手工调整，具有随意性，这更增加了PCB 分布参数的提取和近场干扰估计的难度。

3 电磁兼容性EMC 设计

电磁兼容性EMC 设计包括两层含义，一是设备在工作中产生的电磁辐射必须限制在一定水平内，二是设备本身要有一定的抗干扰能力。
 

形成电磁干扰的三要素是干扰源、耦合通道、敏感体。因而，抑制电磁干扰即进行电磁兼容性EMC 设计首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原因；其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。

部分就是采取切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，运用了屏蔽、滤波、接地等技术来提高电力仪表的抗扰能力。

3.1 采用屏蔽技术
由于功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗，为了散热需要安装散热器或直接安装在电源底板上，这样易产生共模干扰，通过采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，从而割断了射频干扰向输入电网传播的途径。

3.2 做到安全接地
为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采用单点接地法，利用一个导电平面作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。低频电路采用单点并联接地，高频电路采用多点接地，并把电源地、信号地和屏蔽地接到公共的地线上。与印刷线路板以外的信号相连时，采用屏蔽电缆，并对于高频和数字信号屏蔽电缆两端都接地。

3.3 滤波
在电源输入端接上滤波器，即可抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰，又可抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。

3.4 PCB 布线时所采取的措施
布线开关电源中包含有高频信号，PCB 上任何印制线都可起到天线的作用，噪声通过引线向外发射，因此布线时，将所有通过高频交流的电流印制线设计得尽可能短而宽，根据印制线路经电流的大小，尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻。在每个集成电路的电源，地之间都要加一个去耦电容。一方面可提供和吸收该集成电路开门关门瞬间的充放电能；另一方面旁路掉该器件的高频噪声。将所有连接到印制线和其他电源线的元器件放置得很近，主要信号线集中在PCB 板中心，同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。屏蔽线上放置多个接地过孔，元器件与板保持水平且紧靠板。

3.5 元器件选用
尽量不选用比实际需要的速度更快的元件，在布局上，把模拟信号部分，高速数字电路部分，噪声源部分这三部分合理地分开，使相互间的信号耦合为最小。输入器件与输出器件尽量远离，元件的引脚长度尽可能短，以减小元件分布电感的影响。

3.6 进行EMC 测试
在测试仪器方面，我们选用了以雷击浪涌发生器、高频噪声抗扰度发生器、群脉冲发生器、静电发生器等为核心的自动检测系统，依据EMC 标准规定的极限值作为判定依据，通过进行EMC测试可以消除绝大部分的电磁干扰，能指导产品如何改进设计、抑制EMI 发射，从而进一步提高产品的可靠度。现PDM 系列智能电力综合监控仪表能适用多种复杂环境及恶劣场所，应用在诸永高速公路、北京德胜科技大厦项目等多个工程项目中。

的添加、修改、删除、查询等。系统同时支持高压用户室设备图形与台帐资料挂接功能，挂接后的台帐资料可实现图－数、数－图互查。

4.电缆管理
系统提供电缆及附属设备的图形及台帐管理工具，实现对电缆设备台帐资料的添加、修改、删除、查询等。

4.1 电缆数据维护
电缆的维护包括图形数据及属性信息的增加、修改及删除以及关联信息的管理。电缆的增加方式包括：直接以图形的方式、在导航树中以文本的方式、批量方式。在编辑图形时，可以方便的进行电缆线路资料的定位，实现设备台帐资料与图形数据之间的挂接