开关电源的干扰特性及抑制措施

　　开关电源虽然具有许多优点并得到广泛的应用，但由于它具有严重的射频干扰，在线性电路中的应用一直受到很大的限制。开关电源是把工频交流电压整流为直流电压后，再通过开关变为高频交流电压，其后再整流为稳定直流电压的一种电源，这样就有工频电源的整流波形畸变产生的噪声与开关波形产生的噪声。在输入侧泄漏出去就表现为传导噪声和辐射噪声，在输出侧泄漏出去就表现为纹波。同时外部噪声会进入电子设备中，而供给负载的电源噪声也会泄漏到外部。若电源线中有噪声电流通过，电源线就相当于天线，向空中辐射噪声。
　　
　　而这些噪声都会影响设备的正常工作。要想使其得到更广泛的应用，满足电磁兼容性的有关指标，就需要有效抑制开关电源的干扰。
　　
　　杂讯干扰的途径有两种：传导干扰与辐射干扰。以下分别介绍两种干扰的特性与抑制方法。
　　
　　一、传导干扰及抑制措施
　　
　　从导线传入的干扰称为传导干扰，其干扰能量通过导电体进行传播，开关电源的输入、输出引线都是传导干扰的媒介。
　　
　　开关电源产生的干扰会沿电源引线进入电网，污染电网，使同一电网的电子设备受到干扰。同时电源的输出线还将把干扰噪声传递给负载，使作为电源负载的电子设备直接受到干扰，当这种干扰幅度大到一定程度时，会影响线性电路和一些小信号电路的正常工作。
　　
　　由于传导干扰主要通过输入／输出引线进行传播，因而相对来说传导干扰的抑制要容易些，主要方法是加接输入/输出滤波器a在开关电源的输入侧要接入由电容与电感构成的滤波器，用于抑制交流电源产生的电磁干扰，而该滤波器也称为电磁兼容滤波器。其电路如下图所示。

　　该滤波器是一典型的低通滤波器，开关电源产生的一些高频脉冲干扰经过它后被极大地衰减，它能较好地滤除来源于电网或者传入电网的干扰，使其符合FCC、CE、VDE等标准。
　　
　　图中L901、L902为共模扼流圈，它们是绕在同一磁环上的两只独立的线圈，圈数相同，绕向相反，在磁环中产生的磁通相互抵消，磁芯不会饱和，主要抑制共模干扰，电感值愈大对低频干扰抑制效果愈佳。L901、L902分别选择电感值为2．OmH和15mH的共模扼流圈。
　　
　　C901、C902为共模电容，主要抑制差模干扰，即火线（相线）和零线分别与地之间的干扰，电容值愈大对低频干扰抑制效果愈好，在这里选用lOOOpF/250V。
　　
　　C903、C904为差模电容，主要抑制共模干扰，即抑制火线和零线之间的干扰，电容值愈大对低频干扰抑制效果愈佳，在这里选用0.47μF/300V。有时为了降低成本，也可将C904省去。
　　
　　图中CN901为插座，接电网电压oF901为保险丝（熔断器），电路中采用了规格为2A/250V的保险丝，它在高压时熔断，可防止设备在突发高压时被损坏。NR901为负温度系数热敏电阻，开机瞬间温度低，阻抗大，可防止电流对回路的浪涌冲击，常温下其规格为SA/5Q口R901、R902对抗干扰电容起泄放作用，可于关机后迅速消耗掉C903上储存的电能，防止带电损耗元器件，它们的规格都为1MΩ，一般采用金属釉材料。
　　
　　输出端的干扰抑制主要也是靠高频滤波器，电路图如下图所示。

　　滤波电感由于工作在直流大电流状态下，磁芯在较大的磁场强度下工作，容易饱和，一旦饱和，电感即失去滤波作用。因此，必须采用饱和磁场强度很大的磁芯，如铁镍钼磁粉芯等金属磁芯。
　　
　　输出干扰的频谱相当丰富，从几十赫兹到几十兆赫兹。在高频的情况下，滤波电容等效为由纯电容(C)、等效串联电阻(RES)和等效串联电感(LES)构成的串联电路。在工作频率∫超过电容的自谐振频率∫r时，电容就起到电感的作用。
　　
　　电容值大的滤波电容对低频干扰比较敏感，电容值小的滤波电容吸收高频干扰的效果比较好。因此不能仅采用大电解电容C923滤波，还必须加接自谐振频率很高的电容C9240此外，输出干扰的幅度还与印制电路板(PCB)的布线有很大关系，不合理的布线往往会使干扰幅度大几倍，尤其是接地点的安排特别重要。

　　二、辐射干扰及抑制措施
　　
　　从空间传入的干扰称为辐射干扰，一般是指耦合干扰，即干扰能量通过空问介质进行近场感应。由于开关电源一般工作在低压大电流情况下，因而磁场干扰大于电场干扰。这种干扰主要由开关变压器的漏感、开关功率管在开关转换时的大电流脉冲、开关二极管反向恢复的硬特性等引起。
　　
　　辐射干扰的抑制主要靠屏蔽，对电场可采用导电良好的材料，而磁场屏蔽则应采用磁导率较高的材料，本书中不作详细论述。
　　
　　抑制干扰最有效的方法，是尽量减少干扰源的干扰能量。对开关电源变压器要减少其漏感，并选择开关参数优良的三极管和软恢复的开关二极管。　　
　　

本文关键字：开关电源  开关电源技术，电源动力技术 - 开关电源技术