開關電源電磁干擾分析及其抑制
0 引言
功率開關器件的高額開關動作是導致開關電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導致了更為嚴重的EMI問題。如何減小產(chǎn)品的EMI，使其順利通過FCC或IEC1000等EMC標準論證測試，已成為目前急須解決的問題。
1 EMI分析
輸入為交流220V，經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)橹绷髯鳛榉醇ぷ儞Q器的輸入，輸出為三組直流：＋5V，15V，12V，另外有一輔助電源5V，用來給光耦PC817供電。控制電路用反饋控制，選用TOPSwicth系列的TOP223Y芯片。
開關電源工作時，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時間內(nèi)上升和下降的，因此，開關電源本身是一個噪聲發(fā)生源。開關電源的干擾按噪聲源種類分為尖峰干擾和諧波干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。
本電路中，交流輸入電壓Ui經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動電壓，經(jīng)電容C12平滑后變?yōu)橹绷?，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。
由圖2中電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。
2 EMI的抑制
2.1 高次諧波的抑制
在電路中采用共模扼流圈L11來抑制高次諧波。
對開關電源二根進線而言，存在共模干擾和差模干擾。

在差模干擾信號作用下，干擾源產(chǎn)生的電流i，在磁芯中產(chǎn)生方向相反的磁通Φ，磁芯中等于沒有磁通，線圈電感幾乎為零。因此不能抑制差模干擾信號。
在共模干擾信號作用下，兩線圈產(chǎn)生的磁通方向相同，有相互加強的作用，每一線圈電感值為單獨存在時的兩倍。因此，這種接法的電磁線圈對共模干擾有很強的抑制作用。
電路中在電網(wǎng)與整流橋之間插入一共模扼流圈，該扼流圈對電網(wǎng)頻率的差模網(wǎng)側電流呈現(xiàn)極低的阻抗，因而對電網(wǎng)的壓降極低；而對電源產(chǎn)生的高頻共模噪聲，等效阻抗較高，因而可以得到希望的插入損耗。
2.2 扼流圈L11與C11組成低通濾波器
扼流圈L11的等效電感為L，以電源端作為輸入，電網(wǎng)方向作為輸出。

其傳遞函數(shù)為
G(s)= = （1）
幅值為
A(ω)=|G(jω)|= （2）
相位為
L(ω)=201gA(ω)=－201g （3）
在低頻段ω<< 時，A(ω)≈1，L(ω)≈0
在高頻段ω>> 時，A(ω)≈ ，L(ω)≈－401gωLC11如圖5所示。由此可見，以上LC網(wǎng)絡組成的低通濾波器，可濾除ω0=1/LC11以上的高次諧波。


2.3 共模和差模濾波器方案
本電路主要的EMI問題是電源噪聲傳入電網(wǎng)，將原來的共模扼流圈L11與電容C11及C12組成的濾波電路變?yōu)殡娐?。L1，L2，C1可除去差模干擾，L3，C2，C3可除去共模干擾。L1，L2為不易磁飽和的材料；C1可選陶瓷電容；L3為共模扼流圈；選定C=C2=C3及截止頻率fo，則可根據(jù)L3=1/〔(2πfo)2C〕計算L3；選定C1及截止頻率fo，可根據(jù)L1=L2=1/〔2(2πfo)2C1〕計算L1及L2。
2.4 緩沖電路
由于開關的快速通斷，開關電流、電壓波形為脈沖形式，產(chǎn)生噪聲污染，增大了電源輸出紋波，影響了電源的性能。
在電路中，輸入為交流220V，經(jīng)整流后電容上的電壓約為交流有效值的1.2～1.4倍，即最大時為Ucm=220×1.4=308V。另外，變壓器副邊折合到原邊的電壓Up=Un×88/9，Un取副邊第一繞組的電壓，一般為9V左右，使穩(wěn)壓輸出為5V。則Up=88V。因此，開關關斷時所要承受的總電壓Ut=Ucm＋Up=308＋88=396V?？梢娪斜匾獙﹂_關進行過壓保護。電路選用的TOPSwitch開關芯片，其內(nèi)部有過壓保護和緩沖電路。為保險起見，還增加了外部的緩沖電路，由R和C組成。
未加入緩沖電路和加入緩沖電路之后開關管電壓ut和管電流ic及關斷功耗pt的波形所示。加RC緩沖電路后，開關電壓上升速率變慢，噪聲減弱，抑制了EMI，并且開關功耗變小，使管子不致因過流過熱而損壞。緩沖電路中的R在開關開通，電容C放電時起限流作用，避免對開關管的沖擊。

對于開關開通時的電流沖擊，由于有變壓器原邊線圈Np的限流，在電路中沒加限流電感。
2.5 光電隔離
Flyback電路中使用PC817光耦對主電路和控制電路進行隔離。電源電路中，開關的控制非常重要，精度、穩(wěn)定性要求高，且控制電路對噪聲敏感，一旦有噪聲，控制電路中的控制信號就會紊亂，嚴重影響電源的工作和性能。因此，用PC817將電源中的兩部分進行隔離，這樣便防止了噪聲通過傳導的途徑傳入到控制電路中。
3 結語
通過EMI分析及采用相應的抑制方法，設計的開關電源具有抗電磁干擾性強，電源穩(wěn)定性高的特點。在縫紉機伺服控制系統(tǒng)中，滿足了對三菱模塊（IPM）的驅(qū)動控制，使電機運行安全可靠、穩(wěn)定。
　公司簡介
----村臺電子（北京）有限公司是由電源行業(yè)和電磁兼容行業(yè)專家以及外來投資方共同組建的公司。是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售為一體的電子產(chǎn)品制造商,公司擁有先進的生產(chǎn)流水線和各種檢測設備，所生產(chǎn)的產(chǎn)品均滿足不同用戶的需求。
----專業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營：開關電源、濾波器、屏蔽材料以及吸收元件等電子產(chǎn)品。產(chǎn)品主要應用的領域有：軍用、電力、醫(yī)療、儀器儀表、通訊、汽車電子等場合。公司主要員工他們有深厚的電源和電磁兼容理論基礎以及十幾年的電源和濾波器產(chǎn)品設計經(jīng)驗，使我們成功的設計出低損耗、高效率的產(chǎn)品、滿足了客戶對各類電源和濾波器以及電磁兼容產(chǎn)品的需求，并在客戶中享有較高的聲譽。
公司主要產(chǎn)品有：
開關電源類
1. 小功率電源（3W~500W） 包括—模塊電源、網(wǎng)殼電源、裸板電源、適配器
2. 大功率電源（600W~10000W） 包括—通用電源、通信電源、直流操作電源
3. 逆變電源 （35W~5000W） 包括—正弦波逆變器、方弦波逆變器
4. 太陽能電源（50W~5000W） 包括—太陽能充電控制器、太陽能控制系統(tǒng)
5. 其它電源
濾波器類
1. 插座式濾波器 2. 插針式濾波器 3. 單相濾波器
4. 三相濾波器 5. 變頻器專用濾波器 6. 直流濾波器
7. 軍用濾波器 8. 饋通濾波器 9. 濾波連接器
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其他類：
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