深入分析及抑制开关电源噪声EMI..docVIP

深入分析及抑制开关电源噪声 【大 中 小】　　【 编 辑 】邮科　　【 日 期 】2010-7-27 15:23:34 ????? 开关电源是利用现代电力电子技术，控制开关管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）控制IC和MOSFET构成。开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。线性电源成本在某一输出功率点上，反而高于开关电源，这一点称为成本反转点。随着电力电子技术的发展和创新，使得开关电源技术也在不断地创新，这一成本反转点日益向低输出电力端移动，这为开关电源提供了广阔的发展空间。 ????? 开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，特别是在高新技术领域的应用，推动了高新技术产品的小型化、轻便化。另外开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。 ????? 开关电源具有线性电源无可比拟的许多优点： 体积小，重量轻，效率高等等，但开关电源会产生电磁干扰，尤其是中大功率等级的开关电源干扰更为严重。这是由于开关电源存在着整流谐波、开关频率和它的谐波以及在开关转换中所固有的高速电流和电压瞬变。产生电磁干扰是开关电源本身的特点所决定的，是难以避免的，关键是如何采取有效的措施来减小其干扰程度。 通过对开关电源进行电磁兼容性测试得知，一般有以下四项指标不合格。　　CE01　100Hz～15KHz电源线传导发射。　　CE03　15KHz～50MHz电源线传导发射。　　RE01　25Hz～50KHz磁场辐射发射。　　RE02　14KHz～10GHz电场辐射发射 开关电源电磁干扰产生原因分析：　　开关电源按主电路型式可分为全桥式，半桥式，推挽式等几种，但无论何种类型的开关电源在工作时都会产生很强的噪声。它们通过电源线以共模或差模方式向外传导，同时还向周围空间辐射。开关电源对由电网侵入的外部噪声也很敏感，并经它传递到其他电子设备中产生干扰。图1是一种最简单的开关电源主电路型式，直流变换式它激单边型开关电源，以此为例分析开关电源的噪声来源。 ? 图1　直流变换式它激单边型开关电源主电路电原理图 　　交流电输入开关电源后，由桥式整流器V1～V4整理成直流电压Vi加在高频变压器的初级L1和开关管V5上。开关管V5的基极输入一个几十到几百千赫的高频矩形波，其重复频率和占空比由输出直流电压VO的要求来确定。被开关管放大了的脉冲电流由高频变压器耦合到次级回路。高频变压器初次级匝数之比也是由输出直流电压VO的要求来确定的。高频脉冲电流经二极管V6整流并经C2滤波后变成直流输出电压VO。因此开关电源在以下几个环节都将产生噪声，形成电磁干扰。　　（1）高频变压器初级L1、开关管V5和滤波电容C1构成的高频开关电流环路，可能会产生较大的空间辐射。如果电容器滤波不足，则高频电流还会以差模方式传导到输入交流电源中去。如图1中的I1 。　　（2）高频变压器次级L2、整流二极管V6、滤波电容C2也构成高频开关电流环路会产生空间辐射。如果电容器滤波不足，则高频电流将以差模形式混在输出直流电压上向外传导。如图1中的I2 。　　　　（3）高频变压器的初级和次级间存在分布电容Cd，初级的高频电压通过这些分布电容将直接耦合到次级上去，在次级的二条输出直流电源线上产生同相位的共模噪声。如果二根线对地阻抗不平衡，还会转变成差模噪声。　　（4）输出整流二极管V6会产生反向浪涌电流。二极管在正向导通时PN结内的电荷积累，二极管加反向电压时积累电荷将消失并产生反向电流。因为开关电流需经二极管整流，二极管由导通转变为截止的时间很短，在短时间内要让存储电荷消失就产生了反向电流的浪涌。由于直流输出线路中的分布电感，分布电容，浪涌引起了高频衰减振荡，这是一种差模噪声。　　（5）开关管V5的负载是高频变压器的初级线圈L1，是感性负载，所以开关通断时管子两端会出现较高的浪涌尖峰电压，这个噪声会传导到输入输出端去。　　（6）开关管V5的集电极与散热片K之间存在分布电容CI，因此高频开关电流会通过CI流到散热片K上，再流到机壳地，最终流到与机壳地相连接的交流电源线的保护地线PE中，从而产生共模辐射。电源线L和N对PE存在一定阻抗，如阻抗不平衡则共模噪声还会转变成差模噪声。如图1中的I3 。由以上分析可以知道开关电源中的噪声干扰源很多,干扰途径是多种多样的,影响较大的噪声干扰源可以归纳为以下三种:　　（1）二极管的反向恢复时间引起的干扰。　　（2）开关管工作时产生的谐波干扰　　　　功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流，在截止期间，高频变压器绕组漏感引起的电流突变，也会产生尖峰干