开关电源电磁兼容问题分析及解决方法

开关电源电磁兼容问题分析及解决方法

潘旭坤

33072319910515**** 浙江省 杭州市 310014

摘要：当前，由于微电子技术的快速发展，人们逐渐开始关注开关电源的兼容性发展和所形成的影响。在系统兼容过程中，受诸多不可控因素的影响，开关电源电磁兼容性始终未能达到预期兼容设计要求，所以为确保开关电源的可靠性和高效性，就必须要有效解决开关电源存在的电磁兼容性问题。所以本文尝试分析开关电源电磁干扰的主要形成原因，并寻找解决措施，促进开关电源在电磁兼容性方面的发展。

关键词：开关电源；电磁兼容；解决方法

1开关电源中电磁干扰的形成及传输

传导和辐射是当前电磁干扰传输的两种形式，具体而言，传导传输其实就是干扰源和敏感设备之间存在完整电路连接的电磁干扰传输形式，而辐射传输则指的是通过介质以电磁波的形式向外传播形式，天线对天线耦合、场对线耦合以及线对线耦合是常见的几种。目前，随着微电子技术的快速化发展和广泛应用，开关电源电磁兼容性问题也受到了各界的高度关注，究其原因不仅是因为电源电磁不兼容不仅会导致开关电源普及受到一定影响，此外系统安全问题的发生率也将持续增加，常见的几种电磁兼容问题主要以下几个方面：

1.1印刷电路所产生的电磁噪声

在开关电源中，印刷电路负责连通电器元件。但是，在印刷电路的时候，由于可能存在线路随意布置的情况，在设计产品的时候，未能充分考虑电磁兼容性相关问题，导致印刷电路工作过程中，所形成的电磁噪声会对其他电器元件产生内部干扰，影响电气元件正常工作，可见电路的印刷过程中，电路板设计是其中的关键所在，如果盲目侧重电路的均匀和美观，则会对印刷电路的稳定工作产生影响。

1.2晶体管所存在的电磁干扰

在设计开关电源的过程中，电源变压器体积设计的规范性和科学性与否，在很大程度上对电磁兼容性也有着直接的影响。据调查，在设计开关电源的过程中，电源变压器体积加大的同时，晶体管开关频率也在不断提升，电流变化率也随之增加，由此在降低对电磁信号控制能力的同时，电磁干扰问题的发生率在持续增加。此外，在提升晶体管的开关频率后，晶体管的温度会随之上升，如果此时缺乏必要散热元件，则可能会出现寄生电容，改变相关电压频率，加重电磁干扰。

1.3开关变压器所存在的电磁干扰

作为日开关电源中必不可少的重要组成元件，功率变压器在工作的过程中势必会出现电磁干扰。变压器中存在多个绕组，不同绕组之间势必存在寄生电容，如此会导致脉冲电流的出现，最终出现电磁干扰情况。电视干扰的存在会影响周边元件，同时还会导致变压器两侧出现配合差异，从而产生如此情况，而漏磁现象出现后会显著提高晶体管电压，再度加重电磁干扰的影响。

2防范开关电源电磁干扰的措施

在设计开关电源的时候，就需要充分考虑开关电源电磁干扰问题的防范与控制，在设计开关电源的过程中，积极采取各项措施，切实降低电子干扰发生的几率，其应对措施主要包括如下几种：

2.1不断缩减PCB铜箔面积

对于开关管的漏极、初次级绕组以及集电极等噪音电路节点中，尽可能缩小PCB铜箔的面积，在设置元件位置的时候，要对输出输入端和噪音元件之间的距离合理把控，没有相关屏蔽措施的变压器线包和变压器磁芯都属于噪音元件。如果变压器缺乏有效的措施对其电磁干扰进行屏蔽，则必须要确保开关电源的屏蔽体和散热片与变压器之间保持一定的距离。

2.2不断缩减电流环面积

在设计开关电源的过程中，为了从根本上规避电磁干扰问题的产生，设计人员在进行电流环面积设计时，也要尽可能降低次级输出整流器、栅极驱动线路以及初级开关功率器件的面积，由此规避电感饱和情况的产生。目前，导致开关电源电磁兼容问题产生的原因是多样的，为了切实有效地达到预防电磁干扰的目的，在进行设计时工作人员一方面不仅要规范开关电源当中驱动反馈电路和初级开关电路，避免两者之间存在混乱问题，与此同时，工作人员还要合理把控阻尼的电阻值，以阻尼器不会在开关的死区时间内出现振铃响声为准。除此之外，在进行设计时，工作人员还要严格把控次级电路的元件和初级电路的屏蔽体之间距离，具体而言就是为有效规避开关电源电器元件之间电磁干扰问题的产生，输入电缆旁需放置高频输入EMI滤波器，输出电路旁要放置高频输出emi滤波器。

2.3根据实况合理增加辅助线圈

在一定程度上，增加辅助线圈也能有效地解决电磁干扰问题，但是综合而言辅助线圈的增加数量是否科学合理，对于开关电源整体兼容性、高效性运行作业效率而言也具有直接影响。

3开关发射传导的整改措施

如果其频率属于1MHz范围之内，则差模干扰为其主要干扰因素，此干扰主要是因为开关电源与交流电源输入中的环流所导致，如此会由电源进线将差模电流传递到开关电源中，然后再从开关电源中的中线流出。一般功率晶体管极电流波形中谐波和基波是导致差模传导发射出现的主要原因，所以，滤波电容和滤波用差模电感是能够对差模骚扰电压调整和测试结果产生影响的唯一因素，要有效抑制差模干扰，其关键措施是估算最为合适的滤波元件参数。对此所采取的措施是合理增加X电容量，增加差模的电感，如果部分开关电源的功率较小，则对其使用PI型的滤波器进行处理。如果其频率属于5NHz以上，则共模干扰为其主要干扰因素，共模电流导致共模干扰的存在，平衡的共模电流同时在中线N和相线L上流动，两者存在相同的相位和相同的幅度。开关晶体管集电极电压变动是导致共模传导骚扰的发射的主要原因，在此过程中，散热片之间的寄生电容耦合与晶体管外壳之间产生重要的影响，所以加接试电输入电路电源滤波器中的共模电容，或者通过在散热器和晶体管外壳层中增加屏蔽层来达到避免晶体管外壳与散热器片之间的分布电容的目的，从而可以对共模传导骚扰实现有效的控制。对于此情况，如果其外壳已经接地，则在地线上增加一个磁环并缠绕两圈，此措施能够有效遏制10MHz以上的干扰问题。针对开关电源频率在25-30MHz的传导传输，在进行电磁干扰问题处理过程中，为了确保处理的规范合理性，大幅度增加Y电容、用铜皮来保护变压器亦或是调整开关电源各个绕组之间的排布位置、合理调整开关电源相应参数十分有效。

4结语

总之，相比与其他电气元件，开关电源的电磁兼容性控制更复杂。因此，有关人员要充分分析产生电磁干扰的基本原理，明确整个过程，采取合适措施，提高开关电源对抗电磁干扰的能力，保障开关电源的推广与应用。

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