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学术性实践性理论性
科学教育家
2008年5月第5期
圆
开关电源电磁干扰研究
张艳蕾朱高峰
(湖南人文科技学院湖南娄底417001)
【摘要】
开关电源应用越来越广泛。但产生的电磁干扰严重影响开关电源效牢及其使用。本文分析了开关电源产生电磁干扰
的主要原因，并重点给出了相应的抑制措施．以提高开关电源的电磁兼容性。
【关键词】开关电源I电磁干扰；抑制l耦合
随着开关电源技术的不断发展和日趋成熟，各个应用领域对开关电源的需求也不断增长．但开关电源中所吉纹波较大。瞬态响应较差，易产生较强的EMI(电磁干扰：ElectroMagneticInterference)，对电网、通讯设备和电子产品造成干扰。因此．抑制开关电源本身的电磁噪声，同时提高其对电磁干扰的抗扰性，以保证电子设备能够长期安全可靠地工作，是开发和设计开关
电源的一个重要课题。
1开关电源产生电磁干扰的原因
1．1
开关回路的噪声。电源工作时，开关管处于高频通断
状态，则前级滤波电容C、脉冲变压器初级线圈、开关管构成高频开关电流环路．其周期性的电流(di／dt特别大)．从频域来说会含有丰富的谐波成分，产生较大的辐射噪声；同时。因开关管的负载是脉冲变压器的初级线圈。是感性负载，所以在开关管通
断时，脉冲变压器的初级线圈会感应出较高的脉冲电压，也即我
们说的浪涌电压(dv／dt特别大)，也含有丰富的谐波成分。一
方面，它们通过电源线以共模、差模的形式向外传导．同时，还向
周围空间辐射出噪声。
1．2高频变压器。开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。在开关导通瞬间．初级线圈产生很大的涌流，并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压；在开关管断开瞬间．由于初级线圈的漏磁通，致使一部分能量没有从一次线圈
传输到二次线圈，储藏在电感中的这部分能量将和集电极电路
中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在关断电压上，形成关断尖峰电压。这种电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变，这个噪声会传导到输入输出端，
形成传导干扰．重者有可能击穿开关管。
1．3整流回路的噪声。由输出整流二极管产生的干扰在输出整流二极管截止时．有一个反向电流，它恢复到零点的时间
与结电容等因素有关。其中能将反向电流迅速恢复到零点的二级管称为硬恢复特性二极管。这种二极管在变压器漏感和其它
分布参数的影响下。将产生较强的高频干扰，其频率可达几
十MHz。
1．4
PCB布板及寄生参数引起的噪声。印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布置，印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。在开关电源中，有些信号包含丰富的高频分量，因而任何一条PCB引线都可能成为天
线。引线的长和宽影响它的电阻和电感量，进而影响它们的频
率响应。开关电源的分布参数也易形成干扰，开关电源和散热器之间的分布电容、变压器初次级之间的分布电容、原副边的漏感都是噪声源。共模干扰就是通过变压器初、次级之同的分布电容以及开关电源与散热器之间的分布电容传输的。
2开关电源抑制的方法及措施
2．1减小开关电源本身干扰。开关电源的主要干扰来自功率开关管通、断时的du／dt，因此，减小功率开关管通／断的
du／dt是抑制开关电源干扰的重要措施。人们通常认为软开关
技术可以减小开关管通／断的du／dt。软开关技术的基本思想是在原有的硬开关电路中增加电感和电容元件．利用电感和电
容的谐振．降低开关过程中的du／dt和di／dt，是开关器件开通
时电压的下降先于电流的上升．或关断时电流的下降先于电压的上升，来消除电压和电流的重叠。在理想情况下这样不仅减
小了开关损耗．还可以大大减小EMI电平。研究表明，具有电压钳位的零电压定频开关变换器的EMI电平最低。次外。软开关电路不同于一般的吸收电路，能够在降低EMI影响的同时减小开关损耗。因此，采用软开关电源技术．结合合理的元器件布置及印制电路板布线，对开关电源的EMI水平有一定的改善。但是简单的认为软开关技术就可以降低EMI电平时一种比较片面的认识．这是由于为实现主功率开关器件的软开关电路中
引入了辅助谐振单元，其谐振会引人高的du／dt和di／dt．增加电路的EMI。
2．2电磁屏蔽．可以用导电性能良好的材料对电场进行屏蔽，用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。为了防止变压器的磁场泄露，使变压器初次级耦合良好，可以利用闭合磁环形成磁屏蔽，如罐型磁芯的漏磁通就明显比E型的小很多。开关电源的连接线。电源线都应该使用具有屏蔽层的导线．尽量防止外部
干扰耦合到电路中。或者使用磁珠、磁环等EMC元件，滤除电源及信号线的高频干扰，但是，要注意信号频率不能受到EMC元件的干扰，也就是信号频率要在滤波器的通带之内。整个开关电源的外壳也需要有良好的屏蔽特性．接缝处要符合EMC
规定的屏蔽要求。通过上述措施保证开关电源既不受外部电磁
环境的干扰也不会对外部电子设备产生干扰。
2．3
PCB布局。就开关电源器件本身而言，应将所有通
过高频交流的电流和印制线设计得尽可能短而宽，印制线的长
度与其表现出的电感量和阻抗成正比，而宽度则与印制线的电感量和阻抗成反比。根据印制线路经电流的大小，应尽量加粗
电源线宽度．减少环路电阻。其次，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而应遵循“一点接地”原则．利用一个导电平面底板
或多层印制板电路的导电平面层等作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中．应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接IC电源端来说，要将模拟电路区和数字电路区合理地分开，电源和地线单独引出，电源供给处汇集到一点。当然，器件应多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度，以减小元件分布电感的影响。
3结束语
随着开关电源的体积越来越小、功率密度越来越大，EMI控制问题成为开关电源稳定性的一个关键因素。我们应将设计的电磁干扰。参考文献
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李建婷．丁志亮，熊蕊．开关电源EMI的抑制策略[J]．通
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3-1蔡少英．樊文琪编译．集成电路电磁兼容标准概述[J]．电
子产品可靠性与环境试验，2005，23(2)：47—52收稿日期：2008—5一15
后，再连接到公共参考点上。对于数字思想方法与具体技术相结合，在分析开关电源产生电磁干扰的
机理之上．建立相关的分析设计模型，综合运用各种手段来进行解决。从而改善开关电源电磁兼容性能．尽可能降低开关电源[[2][
