开关电源中的电磁兼容性问题和一般性的改进意见.doc

开关电源中的电磁兼容性问题和一般性的改进意见 Dachun_shen原著：錢振宇 2008/8/3 1.1 概述 电源对任何电子设备来说都是必备部件，在设备的结构上，电源也占有重要的比例。因此，电源部分的可靠性直接关系到设备的可靠性。 早年，设备都采用线性稳压电源，效率低，体积大，分量重是这类电源的缺点。在这类电源中，除了对50HZ波形进行整流和滤波外，调整用的晶体管工作在直流线性状态下，所以它对设备其它部分的骚扰并不严重。 近年来，随着微电子技术的迅速发展，设备的小型化和数字化已成为技术发展的主流，导致人们对电源部分的小型化呼声越来越高，因此开关电源的出现和运用就成为顺理成章的事情。 开关电源将市电直接整流滤波成为直流高压，然后通过晶体管逆变器转换成所需要的电压，在经过整流和滤波变成所需要的直流低电压。期间，通过对直流输出电压的测量，反过来对晶体管的开关时间进行控制，最终可保持输出电压不变。这种线路的好处市取消了笨重的工频变压器：逆变器的工作频率较高（几十千赫至200KHZ）,只要用较小容量的电容器就可获得低压侧的平滑滤波效果。由此可见，开关电源的根本优点是小型化，轻量化和高效化。 但是，开关电源也有它固有的问题，如谐波大，功率因数低，电磁兼容性能差，输出纹波大。其中，特别是开关电源的电磁兼容问题对电子设备的运行构成了潜在的威胁，只有提高了开关电源的电磁兼容性，才能使开关电源在更多的场合下得到应用。 下面将分节讨论开关电源的电磁兼容问题的由来和性能的一般性改进意见。 1.2 开关电源的电磁兼容性问题的由来 开关电源的种类很多，按电路结构可分为串联式和直流变换式两种；按激励方式可分为自激和他激两种；按开关管的这可分为单管和全桥，半桥，推挽；等等。然而，不论何种类型的开关电源，均是利用半导体器件作为开关，以开和关的时间比例来控制输出电压的高低。由于开关电源的工作频率都在几十至几百千赫，所以线路里的电流和电压变化率都很大，产生了很大的电磁骚扰，他们会通过电源线以共模的方式向外传导骚扰，同时也会向周围空间辐射骚扰。 图1.1开关电源线路简图 （1）输入整流回路 在输入整流回路中，整流管VD1—VD4只有在脉动电压超过输入滤波电容C8上的电压的时候才能导通，电流才从市电电源输入，并对滤波电容C8进行充电，一旦滤波电容C8上的电压高于市电电源的瞬时电压，整流管便载止。所以，输入整流回路的电流回路的电流是脉冲性质的，有着丰富的高次谐波电流成分。输入电流与市电电源电压的不同步，还导致了开关电源的功率因数低下，一般只为0.65左右。 （2）开关回路 开关电源在工作时，开关管VT处在高频通断状态，经由高频变压器T的初级线圈，开关管VT和输入滤波电容C8形成一个高频电流环路，这个环路的存在，就有可能对空间形成电磁辐射。辐射骚扰的强度（包括电场的磁场骚扰）与IAF2的乘积成正比。其中，I是高频电流环路中的电流强度；A是上述环路所包围形成的面积：F是电流的频率。注意，运用上述关系的条件是回路的尺寸远小于频率分量的波长。此外，式中的电流是由配套电子设备对的要求而定的；频率则由电源的重量，滤波和系统效率来确定。 输入滤波电容C8对电磁骚扰的有一定的影响，如果C8的电容量不足够大，则输入滤波效果会差些，这时高频电流还会以差模方式传导导交流电源中去。 此外，在开关回路中，开关管驱动的负载是高频变压器的初级线圈，是电感性的，由于高频变压器的结构不是完全理想的，除了初级电感外，还存在一定的漏电感。所以在开关管关断的瞬间，变压器中储存的能量不能100％地传到次级，结果在高频变压器的漏电感上感应出了一个尖峰高电压，如果尖峰有足够高的幅度，那么很有可能会造成开关管VT的击穿。 （3）次级整流回路 开关电源在工作时，次级整流回路的VD5也处于高频通断状态。有高频变压器次机线圈，整流二机管VD5和滤波电容C9构成了高频开关电流的回路。由于有这个环路存在，同样也有可能对空间形成电磁辐射。 次机整流回路中的二机管在正向导通时，PN结被充电；在加反向电压时，积累的电荷将被抛散，并因此产生反向电流，这个过程非常短暂。所以在有分布电感（如变压器的漏感等）和分布电容（如二机管的结电容等）存在的电路里，实际上也形成了高频的谐振电路，当二机管截止瞬间的电流变化非常剧烈时，在整个次机整流回路中会产生高频衰