3開關電源的電磁兼容性問題

通信開關電源因工作在高電壓大電流的開關狀態下，其引起的電磁兼容性問題是相當復雜的。從整機的電磁兼容性講，主要有共阻抗耦合、線間耦合、電場耦合、磁場耦合和電磁波耦合幾種。電磁兼容產生的三個要素為：干擾源、傳播途徑及受干擾體。共阻抗耦合主要是干擾源與受干擾體在電氣上存在共同阻抗，通過該阻抗使干擾信號進入受干擾對象。線間耦合主要是產生干擾電壓及干擾電流的導線或PCB線，因并行布線而產生的相互耦合。電場耦合主要是由于電位差的存在，產生的感應電場對受干擾體產生的耦合。磁場耦合主要是大電流的脈沖電源線附近產生的低頻磁場對干擾對象產生的耦合。而電磁波耦合，主要是由于脈動的電壓或電流產生的高頻電磁波，通過空間向外輻射，對相應的受干擾體產生的耦合。實際上，每一種耦合方式是不能嚴格區分的，只是側重點不同而已。

在開關電源中，主功率開關管在很高的電壓下，以高頻開關方式工作，開關電壓及開關電流均為方波，該方波所含的高次諧波的頻譜可達方波頻率的1000次以上。同時，由于電源變壓器的漏電感及分布電容，以及主功率開關器件的工作狀態并非理想，在高頻開或關時，常常產生高頻高壓的尖峰諧波振蕩，該諧波振蕩產生的高次諧波，通過開關管與散熱器間的分布電容傳入內部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。用于整流及續流的開關二極管，也是產生高頻干擾的一個重要原因。因整流及續流二極管工作在高頻開關狀態，由于二極管的引線寄生電感、結電容的存在以及反向恢復電流的影響，使之工作在很高的電壓及電流變化率下，而產生高頻振蕩。因整流及續流二極管一般離電源輸出線較近，其產生的高頻干擾最容易通過直流輸出線傳出。

通信開關電源為了提高功率因數，均采用了有源功率因數校正電路。同時，為了提高電路的效率及可靠性，減小功率器件的電應力，大量采用了軟開關技術。其中零電壓、零電流或零電壓零電流開關技術應用最為廣泛。該技術極大地降低了開關器件所產生的電磁干擾。但是，軟開關無損吸收電路多利用L、C進行能量轉移，利用二極管的單向導電性能實現能量的單向轉換，因而，該諧振電路中的二極管成為電磁干擾的一大干擾源。

通信開關電源中，一般利用儲能電感及電容器組成L、C濾波電路，實現對差模及共模干擾信號的濾波，以及交流方波信號轉換為平滑的直流信號。由于電感線圈的分布電容，導致了電感線圈的自諧振頻率降低，從而使大量的高頻干擾信號穿過電感線圈，沿交流電源線或直流輸出線向外傳播。濾波電容器，隨著干擾信號頻率的上升，由于引線電感的作用，導致電容量及濾波效果不斷下降，直至達到諧振頻率以上時，完全失去電容器的作用而變為感性。不正確地使用濾波電容及引線過長，也是產生電磁干擾的一個原因。

通信開關電源由于功率密度高、智能化程度高，帶MCU微處理器，因而，其中有從高至近千伏到低至幾伏的電壓信號，從高頻的數字信號至低頻的模擬信號，電源內部的場分布相當復雜。PCB布線不合理、結構設計不合理、電源線輸入濾波不合理、輸入輸出電源線布線不合理、CPU及檢測電路的設計不合理，均會導致系統工作的不穩定或降低對靜電放電、電快速瞬變脈沖群、雷擊、浪涌及傳導干擾、輻射干擾及輻射電磁場等的抗擾性能力。

電磁兼容性的研究，一般運用CISPR16及IEC61000中規定的電磁場檢測儀器及各種干擾信號模擬器、輔助設備，在標準測試場地或實驗室內部，通過詳盡的測試分析、結合對電路性能的理解來進行分析研究。

從電磁兼容性的三要素講，要解決開關電源的電磁兼容性，可從三個方面入手。

1)減小干擾源產生的干擾信號;

2)切斷干擾信號的傳播途徑;

3)增強受干擾體的抗干擾能力。

在解決開關電源內部的電磁兼容性時，可以綜合運用上述三個方法，以成本效益比及實施的難易性為前提。對開關電源產生的對外干擾，如電源線諧波電流、電源線傳導干擾、電磁場輻射干擾等，只能用減小干擾源的方法來解決。一方面，可以增強輸入輸出濾波電路的設計，改善有源功率因數校正(APFC)電路的性能，減小開關管及整流續流二極管的電壓電流變化率，采用各種軟開關電路拓撲及控制方式等。另一方面，加強機殼的屏蔽效果，改善機殼的縫隙泄漏，并進行良好的接地處理。而對外部的抗干擾能力，如浪涌、雷擊應優化交流輸入及直流輸出端口的防雷能力。通常，對1.2/50μs開路電壓及8/20μs短路電流的組合雷擊波形，因能量較小，可采用氧化鋅壓敏電阻與氣體放電管等的組合方法來解決。對于靜電放電，通常在通信端口及控制端口的小信號電路中，采用TVS管及相應的接地保護、加大小信號電路與機殼等的電距離，或選用具有抗靜電干擾的器件來解決?？焖偎沧冃盘柡泻軐挼念l譜，很容易以共模的方式傳入控制電路內，采用防靜電相同的方法并減小共模電感的分布電容、加強輸入電路的共模信號濾波(如加共模電容或插入損耗型的鐵氧體磁環等)來提高系統的抗擾性能。

減小開關電源的內部干擾，實現其自身的電磁兼容性，提高開關電源的穩定性及可靠性，應從以下幾個方面入手：注意數字電路與模擬電路PCB布線的正確分區、數字電路與模擬電路電源的正確去耦;注意數字電路與模擬電路單點接地、大電流電路與小電流特別是電流電壓取樣電路的單點接地以減小共阻干擾、減小地環的影響;布線時注意相鄰線間的間距及信號性質，避免產生串擾;減小地線阻抗;減小高壓大電流電路特別是變壓器原邊與開關管、電源濾波電容電路所包圍的面積;減小輸出整流電路及續流二極管電路與直流濾波電路所包圍的面積;減小變壓器的漏電感、濾波電感的分布電容;采用諧振頻率高的濾波電容器等。