开关电源电磁兼容技术的现状与解决方法

开关电源电磁兼容技术的现状与解决方法

唐军荣

唐军荣

（珠海格力电器股份有限公司519000）

摘要：随着科技的不断发展，各类电子设备的应用范围越来越广泛，与此同时，这些设备在使用的过程中也会产生大量的电磁干扰，这对于设备的正常运行以及发挥作用产生了严重的不良影响，通过采用电磁兼容技术可以有效解决设备之间的干扰的问题，对于电子设备的正常运行起到了重要的维持保障的作用，伴随着相关手段逐步完善，这些技术的应用水平也有了明显的提高。

关键词：开关电源；电磁兼容；现状与解决方法

电子设备在各行各业中都有着比较广泛的应用，为了适应企业的需求，这些设备的各项功能逐渐完善，应用的范围也在逐步扩大，与此同时，设备运行的环境也日趋复杂，不确定的因素日益增加，由于频谱资源的数量有限，过大的需求量使频谱资源朝着高频段发展，但这也无法从根本上解决频道拥挤的情况，电磁干扰的问题亟待解决，这也推动了电磁兼容技术的持续发展。

一、电磁兼容技术的基本概念和主要的技术标准

（一）电磁兼容技术的基本概念

电磁兼容主要是指在一定范围的环境之内，电气，电子及其相关的系统功能可以正常发挥出应有的作用，不受到客观因素的干扰，最主要的是避免其他设备以及自身的电磁干扰[1]。这种技术主要包括两个方面，第一是电子设备或者与之相关的系统产生的干扰需要在可以控制的范围之内，第二是无论系统还是电子设备自身都需要具有这种兼容抗干扰的功能。电子设备及其系统在这项技术的协助之下可以充分发挥出预先设计的功能，如果设备本身受到了一定程度的干扰不会影响其他设备的正常运转。随着科技的不断发展，无线电相关的技术水平不断提高，电磁兼容技术也逐步完善，应用的范围日益广泛，这项技术的本质就是抗干扰，这种干扰是由特定的物质以及干扰源发出的一种能量，通过耦合的方式影响相关设备的正常运行。电磁干扰的种类繁多，其中最主要的是自然干扰和人为的干扰。自然干扰主要是指雷电，大气等自然的气候和一些自然现象产生的干扰，这些因素会严重的影响设备的稳定运行，采用电磁兼容的技术可以有效的解决这类问题。

（二）电磁兼容技术的主要标准

设备之间的电磁干扰以及外部自然和人为因素引发的干扰无法完全消除，只有严格限制设备之间电磁兼容的具体数值大小和规范抗干扰的性能才可以保证系统的正常运行。基于这种原因国际的相关组织制定了一系列行业的标准，其中CISPR24，CISPR16，CISPR22是进行兼容性测试的主要参考标准，也是对于相关设备的基本要求。我国根据相关国际的标准制定了符合实际情况的测试方法以及标准，目前在开关电源领域主要的标准包括《信息技术设备之间不间断电源通电的技术条件》，《通信电源设备电磁兼容性的测量方法以及限值》等等，这些标准对开关电源的抗干扰能力以及测试方法提出了明确的要求，对于行业的整体发展具有重要的推动作用[2]。

二、开关电源电磁兼容的基本情况

开关电源工作的电压以及电流的数值比较大，急需解决电磁兼容的问题。相关设备整体的电磁性能包括线间耦合，共阻抗耦合，磁场耦合，电磁波耦合，电场耦合。电场耦合主要是由于设备之间存在一定的电位差，由此会产生感应电场，对受干扰的开关电源产生出耦合作用。线间耦合主要是指产生的干扰电流以及电压的导线由于并行布线的原因导致的耦合作用。电磁场的耦合主要是指脉动的电流以及电压产生高频的电磁波，通过空间辐射产生耦合作用。磁场耦合是指电流较大的电源线路附近会产生一定的低频磁场，这会使相关的设备出现耦合的现象。

开关电源的电流以及电压含有比较丰富的高次谐波，接近方波的情况。开关变压器的分布电容以及漏电感和相关的零件工作状态异常，在这种条件下关或者开会产生高压高频尖峰高次的谐波震荡，通过变压器以及散热器向空间辐射，也可以通过散热器和开关之间的电容器装置传递进入内部的线路之中。同时，起到续流以及整流作用的开关二极管也会产生比较强的干扰作用，这部分结构的结电容以及引线寄生电感受到较大的电压以及电流变化的影响，会产生一定的自激震荡，这些干扰会通过线路进行传递。很多开关电源在设计时为了有效提高功率会采用有源功率因数的方法来调整电路。利用软开关的技术来全面减小功率器件的电应力，提高电力的效率和可靠性，零电压电流的开关技术应用范围比较广泛。这些技术手段在一定程度上提高了开关电源的抗干扰能力，但也是二极管等电子元件成为了新的干扰源。

电源通常情况下通过电容器以及储能电感组成C、L滤波电路，通过这种手段对共模以及差模的干扰信号实现滤波。电感线圈的自谐振频率由于分布电容的原因显著降低，这也导致高频的信号通过线圈沿着直流输出线以及交流电源线向外部传播，滤波的效果因此明显下降，电容的参数也出现了变化，这也是产生电磁干扰的重要原因。另外，布线的结构以及电源线和检测线路的分布不够合理也会影响设备的正常运行，需要相关技术人员严格进行控制[3]。

三、开关电源电磁兼容技术的解决办法

电磁干扰是兼容技术最本质的问题，解决开关电源的兼容性也需要从电磁干扰的要素出发，切断干扰源信号的传播途径，增强设备的抗干扰能力，减小干扰源产生的信号的强度。综合考虑这几方面的因素可以有效的解决设备电磁兼容的问题。

通过减小干扰信号的强度来解决问题在实际中有着比较广泛的应用，电源线的传导干扰以及电磁场辐射和电源线的谐波电流都是利用这种方法来解决问题。同时，减小续流以及整流二极管和开关的电流，电压的变化频率，改善原有的功率因数校正电路的设计情况，利用软开关进行控制和拓扑，增强输出和输入谐波电路的设计这些都是可以提高电磁兼容水平的有效方法。还可以采用改善机壳的泄露缝隙，调整接地处理，加强屏蔽效果的方式来切断电磁干扰的传播途径。

提高电磁兼容性能需要注意模拟电路与数字电路布线的正确分区，二者之间的电源应当正确的耦合，模拟电路与数字电路，小电流电路与大电流的电路单点接地，注意地环以及共地干扰的影响。在布线的过程中应当避免线路之间的干扰，减小地线的阻抗数值，注意相邻线路的间距以及信号的性质。尽量减小大电流回路以及续流二级管与输出整流电路所包括的具体的面积，减小开关变压器滤波电感和漏电感的分布电容，使用的滤波电容器应当具有比较高的谐振频率[4]。

在进行设计时需要优化直流输出端口以及交流电输入的防雷性能，对于一些雷击产生的影响可以采用气体放臂与氧化锌压敏电阻共同来解决。对于一些静电产生的电磁波可以在控制端口以及通信端口的较小信号的电路中采用接地保护以及静电保护，增加机壳与电路之间的距离，尽量使用抗干扰能力比较强的元器件[5]。

结束语：

电子设备在实际运行的过程中面临着比较复杂的电磁环境，电磁干扰的问题日趋严重，影响了设备运行的效率，通过电磁兼容的技术可以有效的解决电磁干扰的问题，电子设备抗干扰的能力明显提高，这种技术可以显著提高设备运行的稳定性，具有广阔的发展和应用的空间。

参考文献：

[1]孟春林，张海涛.开关电源电磁兼容技术的思考[J].科技风，2017（18）：205.

[2]薛飞.电磁兼容技术及其在开关电源中的实际运用[J].黑龙江科技信息，2015（21）：58.

[3]张寅生.简述电磁兼容技术及其在开关电源中的应用[J].电子制作，2016（17）：75-76.

[4]任金麒.多输出抗电磁干扰开关电源设计[D].大连理工大学，2014.

[5]牛春远.开关电源的电磁兼容性研究[D].广东工业大学，2013.