開關(guān)電源噪聲的產(chǎn)生-內(nèi)部干擾源

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開關(guān)電源噪聲的產(chǎn)生-內(nèi)部干擾源

開關(guān)電源噪聲的產(chǎn)生一般可分為兩大類：一是開關(guān)電源內(nèi)部元件形成的干擾；二是由于外界因素影響而使開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，這涉及到人為因素和自然因素。
１．內(nèi)部干擾源
開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的原理較多，其中由基本整流器產(chǎn)生的電流高次諧波干擾和變壓器型功率轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾是主要原因。
基本整流器的整流過程是產(chǎn)生EMI較常見的原因。這是因為正弦波電源通過整流器后變成單向脈動電源，已不再是單一頻率的電流，此電流波可分解為直流分量和一系列頻率不同的交流分量之和。實驗結(jié)果表明，諧波（特別是高次諧波）會沿著輸電線路產(chǎn)生傳導干擾和輻射干擾，一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變，另一方面通過電源線產(chǎn)生射頻干擾。
變壓器型功率轉(zhuǎn)換電路是開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心，它產(chǎn)生的尖峰電壓是一種有較大幅度的窄脈沖，其頻帶較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要原因是
①開關(guān)管。開關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容。當開關(guān)管流過大的脈沖電流時，大體上形成了矩形波，該波形含有許多高頻成分。由于開關(guān)電源使用的元件參數(shù)（如開關(guān)管的存儲時間、輸出級的大電流、開關(guān)整流二極管的反向恢復時間）均會造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流。凡有短路電流的導線及這種脈沖電流流經(jīng)的變壓器和電感產(chǎn)生的電磁場都可形成噪聲源。開關(guān)管的負載是高頻變壓器或儲能電感，在開關(guān)管導通的瞬間，變壓器初級出現(xiàn)很大的涌流，造成尖峰噪聲。這個尖峰噪聲實際上是尖脈沖，輕者造成干擾，重者有可能擊穿開關(guān)管
②高頻變壓器。當原來導通的開關(guān)管關(guān)斷時，高頻變壓器的漏感所產(chǎn)生的反電勢E＝
Ldi／dt，其值與集電極的電流變化率（di／dt）成正比，與漏感量成正比，疊加在關(guān)斷電壓上形成關(guān)斷電壓尖峰，從而形成傳導性電磁干擾，既影響變壓器的初級，還會傳導給配電系統(tǒng)，影響其他用電設(shè)備的安全和經(jīng)濟運行。開關(guān)電源中的變壓器用作隔離和變壓。但在高頻的情況下，它的隔離是很不完全的，變壓器層間的分布電容使開關(guān)電源中的高頻噪聲很容易在初次級之間傳遞。變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路，而使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場更容易在其他引線上耦合形成噪聲
③整流二極管。在輸出整流二極管截止時有一個反向電流，它恢復到零點的時間與結(jié)電容等因素有關(guān)。其中能將反向電流迅速恢復到零點的二極管稱為硬恢復特性二極管，這種極管在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強的高頻干擾，其頻率可達幾十兆赫pN型硅二極管用作高頻整流時，正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立即消除（因載流子的存在，還有電流流過）。一且這個反向電流恢復時的電流斜率過大，流過線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓
④電容、電感器和導線。開關(guān)電源由于工作在較高頻率，會使低頻的元器件特性發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲
⑤SPWM逆變電源噪聲。SPWM逆變電源的噪聲主要形成于逆變回路中電流或電壓的突變，突變的電流、電壓又通過電磁場等傳播到其他級。逆變橋工作在高頻開關(guān)方式，通過開關(guān)管的高頻脈沖電流在輸入端產(chǎn)生高頻脈沖電壓，疊加在輸入直流電壓U１上，形成輸入端差模噪聲（電源引線之間的噪聲）。逆變橋輸出的高頻SPWM開關(guān)信號通過電感L。、電容C。濾波后變成所需的正弦波電壓，但濾波電路在濾除噪聲的同時也增加了基波的損失，所以濾波器參數(shù)不宜取大，因而在輸出正弦波電壓中仍殘留了高頻開關(guān)信號脈動成分，成為輸出差模噪聲的一部分，在正弦波變化幅度大處尤為明顯。另一方面，由于線路電感、分布電容的存在，在開關(guān)管通斷時不可避免地要產(chǎn)生高頻衰減的振蕩，即振鈴響應(yīng)。這一振鈴可通過變壓器影響到輸出端，若不采取相應(yīng)措施，其振幅遠高于前述高頻脈動電壓的幅值。同時變壓器線圈的匝間分布電容相當于一個微分電容，對脈動的階梯正弦信號上升沿有放大作用，形成又一脈沖型噪聲電平。三者疊加在輸出正弦波上形成不可忽視的差模噪聲，開關(guān)電路中突變的電壓又可成為共模噪聲源，通過各種分布電容耦合在電源的輸入、輸出端形成共模噪聲（電源線對地的噪聲）
從應(yīng)用的角度上看，逆變電源的輸出噪聲可直接影響作為負載的電子設(shè)備的工作，即使通過了電磁兼容性測試的逆變電源，在實際應(yīng)用時仍可能出現(xiàn)噪聲電平超標的情況。其主要原因如下
①逆變電源帶某些負載后濾波器參數(shù)發(fā)生變化，濾波效果降低。
②某些負載（含開關(guān)電源的負載）可將其開關(guān)噪聲傳導到其輸入側(cè)，即SPwM逆變電源的輸出側(cè)。
③輸人、輸出電纜平行敷設(shè)且距離很近，導致輸入側(cè)的噪聲耦合到輸出線上，尤其是大容量升壓型逆變電源輸入電流較大，噪聲耦合嚴重
④逆變電源輸出端兩臂上的阻抗不對稱，引起共模噪聲電平不相等，兩者之差就轉(zhuǎn)變?yōu)椴钅Ｔ肼?。如逆變電源輸出濾波器采用單臂串接電感的方式，某些整流負載為緩和合閘時的沖擊電流，而在其輸入側(cè)（即逆變電源的輸出側(cè)）單臂串接的扼流電感，使得兩臂阻抗變得不對稱。
⑤當逆變電源輸入、輸出側(cè)共模濾波電路的接地線接至同一點時，就形成了地線環(huán)流，輸入側(cè)的共模噪聲通過輸出側(cè)共模濾波電路的接地線，將共模噪聲耦合到輸出端，即使再加一級EMI濾波器也無效
對上述開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI所采取的抑制措施主要有正確選擇半導體器件、變壓器鐵芯材料和在開關(guān)電源的電路中采取屏蔽、接地、濾波等幾種方法。

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| 發(fā)布時間：2018.05.14 來源：電源適配器廠家

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