基于開關電源的電磁干擾問題研究和解決方法

      1開關電源的干擾源分析

　　開關電源產生電磁干擾最根本的原因，就是其在工作過程中產生的高di/dt和高dv/dt，它們產生的浪涌電流和尖峰電壓形成了干擾源。工頻整流濾波使用的大電容充電放電、開關管高頻工作時的電壓切換、輸出整流二極管的反向恢復電流都是這類干擾源。開關電源中的電壓電流波形大多為接近矩形的周期波，比如開關管的驅動波形、MOSFET漏源波形等。對于矩形波，周期的倒數決定了波形的基波頻率；兩倍脈沖邊緣上升時間或下降時間的倒數決定了這些邊緣引起的頻率分量的頻率值，典型的值在MHz范圍，而它的諧波頻率就更高了。這些高頻信號都對開關電源基本信號，尤其是控制電路的信號造成干擾。

　　開關電源的電磁噪聲從噪聲源來說可以分為兩大類。一類是外部噪聲，例如，通過電網傳輸過來的共模和差模噪聲、外部電磁輻射對開關電源控制電路的干擾等。另一類是開關電源自身產生的電磁噪聲，如開關管和整流管的電流尖峰產生的諧波及電磁輻射干擾。

　　如圖1所示，電網中含有的共模和差模噪聲對開關電源產生干擾，開關電源在受到電磁干擾的同時也對電網其他設備以及負載產生電磁干擾（如圖中的返回噪聲、輸出噪聲和輻射干擾）。進行開關電源EMI/EMC設計時一方面要防止開關電源對電網和附近的電子設備產生干擾，另一方面要加強開關電源本身對電磁騷擾環境的適應能力。下面具體分析開關電源噪聲產生的原因和途徑。

圖1開關電源噪聲類型圖

1.1電源線引入的電磁噪聲

　　電源線噪聲是電網中各種用電設備產生的電磁騷擾沿著電源線傳播所造成的。電源線噪聲分為兩大類：共模干擾、差模干擾。共模干擾（Common-mode Interference）定義為任何載流導體與參考地之間的不希望有的電位差；差模干擾（Differential-mode Interference）定義為任何兩個載流導體之間的不希望有的電位差。兩種干擾的等效電路如圖2[1]所示。圖中CP1為變壓器初、次級之間的分布電容，CP2為開關電源與散熱器之間的分布電容（即開關管集電極與地之間的分布電容）。

圖2兩種干擾的等效電路

　　如圖2（a）所示，開關管V1由導通變為截止狀態時，其集電極電壓突升為高電壓，這個電壓會引起共模電流Icm2向CP2充電和共模電流Icm1向CP1充電，分布電容的充電頻率即開關電源的工作頻率。則線路*模電流總大小為（Icm1＋Icm2）。如圖2（b）所示，當V1導通時，差模電流Idm和信號電流IL沿著導線、變壓器初級、開關管組成的回路流通。由等效模型可知，共模干擾電流不通過地線，而通過輸入電源線傳輸。而差模干擾電流通過地線和輸入電源線回路傳輸。所以，我們設置電源線濾波器時要考慮到差模干擾和共模干擾的區別，在其傳輸途徑上使用差模或共模濾波元件抑制它們的干擾，以達到最好的濾波效果。