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开关电源的干扰及其抑制
作者:优化部发布时间:2019年08月13日

作为电子设备的电源装置,开关电源具有体积小,开关电源,开关电源厂家,重量轻,效率高的优点。它已被广泛用于数字电路中。但是,由于其高频开关状态,它是一个强干扰源,其自身的干扰直接危害电子设备的正常运行。因此,抑制开关电源本身的电磁噪声,提高其抗电磁干扰能力,以保证电子设备长期安全可靠工作是开关电源开发设计的一个重要课题。

1开关电源干扰产生

开关电源的干扰一般分为两类:一类是开关电源内部元件引起的干扰;另一类是外部因素引起的干扰。两者都涉及人类和自然因素。

1.1开关电源的内部干扰

开关电源产生的电磁干扰主要是基波整流引起的高次谐波电流干扰和功率转换电路产生的峰值电压干扰。

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1.1.1基本整改

基波整流器的整流过程是造成电磁干扰的最常见原因。这是因为工作频率AC正弦波不再是整流后的单频电流,而是变为恒定电流分量和一系列具有不同频率的谐波分量。谐波(特别是高次谐波)将遵循传输线。传导干扰和辐射干扰,导致前端电流失真,一方面,连接到前端电源线的电流波形失真,另一方面,通过电源线产生射频干扰。

1.1.2功率转换电路

功率转换电路是开关稳压电源的核心,开关电源,开关电源厂家,它产生宽带和丰富的谐波。这种脉冲干扰的主要成分是

1)开关管与其散热器、外壳内引线与电源之间存在分布电容。当开关管的脉冲电流过大(一般为矩形波)时,波形中含有许多高频分量。同时,还包括了开关电源管的存储时间、输出级大电流等用于断电的器件参数。开关整流二极管的反向恢复时间会引起电路瞬间短路,产生较大的短路电流。此外,开关管的负载为高频变压器或储能电感。一次变压器在通电时发生较大的涌流,产生峰值噪声。

2)高频变压器开关电源中的变压器用作隔离和变压器,但由于漏感,会产生电磁感应噪声。同时,变压器层间的分布电容将一次侧的高次谐波噪声传输到二次侧,变压器外壳上的分布电容将形成另一个高频通道。该电路使变压器周围的电磁场更容易与其他导线耦合形成噪声。

(3)当采用整流二极管的二次侧整流二极管作为高频整流时,由于反向恢复时间的影响,当施加反向电压(由于载流子的存在和电流流过)时,正向电流中积累的电荷不能立即消除。当反向电流恢复斜率过大时,流经线圈的电流电感产生峰值电压,在变压器泄漏和其它分布参数的影响下产生强高频干扰,频率可达几十MHz。

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4)电容器,电感器和线路开关电源在较高频率下工作,这可能导致低频分量特性发生变化,从而产生噪声。

1.2开关电源的外部干扰

开关电源的外部干扰可以以“共模”或“差模”的形式存在。干扰类型可以从极短的峰值干扰转变为完全的功率损耗。它还包括电压变化,频率变化,波形失真,持续噪声或杂波和瞬态。功率干扰的类型如表1所示。

在表1中的几种类型的干扰中,开关电源,开关电源厂家,主要的快速电瞬态脉冲和浪涌冲击波可以通过电源传输并导致设备损坏或影响其运行,只要电源设备本身不停止。振动,输出电压下降等现象不会对电源引起的电力设备造成影响。

2。开关电源的干扰耦合路径

开关电源的干扰耦合有两种方式:一种是传导耦合,另一种是辐射耦合。

  2.1 传导耦合

导电耦合是干扰源与敏感器件之间的主要耦合途径之一。导电耦合必须在干扰源和敏感设备之间建立完整的电路连接。沿着该连接电路的电磁干扰将干扰源的电磁干扰传输到敏感设备,引起电磁干扰。根据其耦合方式可分为电路耦合、电容耦合和电感耦合。在开关电源中,这三种耦合模式同时存在并且彼此连接。

2.1.1电路耦合

电路耦合是最常见、最简单的在线耦合方式.以下内容如下:

1)通过干扰环境直接导通耦合导体,即拾取干扰能量并沿导体传导到电路,对电路造成干扰。

2)由于两个以上的电路具有共同阻抗,当两个电路的电流通过一个共同阻抗时,一个电路的电流在共同阻抗上形成的电压会影响另一个电路,即共同阻抗耦合。共阻抗耦合干扰是由电源的输出阻抗和接地线的共阻抗引起的。

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21.2电容耦合

电容耦合也称为电耦合。由于两个电路产生的峰值电压是幅度大的窄脉冲,因此在频率之间存在寄生电容,因此一个电路的电荷通过寄生电容影响另一个分支。 。

2.1.3电感耦合

电感耦合又称磁耦合,开关电源,开关电源厂家,当两个电路之间存在互感时,当干扰源以电源形式出现时,电流产生的磁场通过互感耦合干扰相邻信号。

  2.2 辐射耦合

由辐射路径引起的干扰的耦合被称为辐射耦合。辐射耦合是以电磁场的形式将电磁能从干扰源传输到容器中。通常有四个主要的耦合路径:天线耦合,线电感耦合,闭环耦合和槽耦合。

2.2.1天线与天线的辐射耦合

在实际工程中,存在大量的天线电磁耦合。例如,开关电源中的长信号线、控制线和输入/输出引线具有天线效应,并且可以接收电磁干扰以形成天线辐射耦合。

2.2.2电磁场与电线的电感耦合

开关电源电缆一般由信号电路的连接线、电源电平电路的电源线和地线组成。每根导线由输入阻抗、输出阻抗和回线组成。因此,电缆是暴露在柜外的内部电路的一部分。它最容易受到干扰源辐射场的耦合,从而引起干扰电压或电流,并沿导线形成辐射干扰进入设备。

2.2.3电磁场与闭环耦合

电磁场与闭合环路的耦合意味着环路最大感应部分的长度小于波长的1/4。在辐射干扰频率较低的情况下,研究了电磁场与闭环系统的电磁耦合问题。

2.2.4电磁场通过孔洞耦合

电磁场穿孔耦合是指电磁场通过非金属设备外壳、金属设备外壳裂纹、电缆编织的金属屏蔽层产生的电磁干扰。

3、一些抑制干扰的措施

电磁干扰的三个要素是干扰源、传输方式和被干扰设备。因此,抑制电磁干扰也应从这三个方面采取相应的措施。首先,抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次,消除干扰源与被干扰设备之间的耦合和辐射,开关电源,开关电源厂家,切断电磁干扰的传输方式;第三,消除干扰源与被干扰设备之间的干扰,直接消除干扰源与被干扰设备之间的干扰。应提高受扰设备的BANCE抗扰度,降低其对噪声的敏感性。目前,抑制干扰的主要措施是切断电磁干扰源与被干扰设备之间的耦合通道。常用的方法有屏蔽、接地和滤波。

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主要结果如下:1)采用屏蔽技术能有效抑制开关电源的电磁辐射干扰,即电场可采用导电性好的材料进行屏蔽,磁场可采用高磁导率材料进行屏蔽。屏蔽有两个目的,一是限制内部辐射的电磁能量泄漏,二是防止外部辐射干扰进入内部区域。其原理是利用屏蔽层来反射、吸收和引导电磁能。为了抑制开关电源产生的辐射,可以按照屏蔽磁场的方法完全处理电磁干扰对其他电子设备的影响,然后将整个屏蔽与系统的壳体和地面连接,从而有效地屏蔽电磁场。

2)所谓的接地是在两点之间建立导电通路,以便将电子器件或元件连接到一个称为“接地”的参考点。接地是利用开关电源设备抑制电磁干扰的重要手段。连接到地的电源的某些部分可以抑制干扰。在电路系统的设计中,应遵循“一点接地”的原则。如果形成多个接地点,将发生闭合的接地回路,并且当磁力线穿过回路时将产生磁感应噪声。实际上,很难实现“一点接地”。因此,为了降低接地阻抗并消除分布电容的影响,采用平面或多点接地,导电平面用作参考地,需要接地的部分连接到参考地。 。为了进一步降低接地回路中的电压降,开关电源,开关电源厂家,导轨开关电源,可以使用旁路电容来降低返回电流的幅度。在低频和高频共存电路系统中,低频电路、高频电路和电源电路的地线应分别连接,然后连接到公共参考点。

3)滤波是抑制传导干扰的有效方法,在设备或系统的电磁兼容设计中起着重要作用。EMI滤波器作为抑制电力线路传导干扰的重要单元,既能抑制电网对供电本身的干扰,又能抑制开关电源的干扰和对电网的反馈。在滤波电路中还使用了许多特殊的滤波元件,如穿芯电容、三端电容和铁氧体磁环,从而改善了电路的滤波特性。正确设计或选择滤波器以及正确安装和使用滤波器是抗干扰技术的重要组成部分。

选择筛选器时,请注意下列事项:

(1)定义要抑制的工作频率和干扰频率。如果两者非常接近,则需要应用具有非常陡峭频率特性的滤波器来分离两个频率;

(2)确保滤波器在高压下可靠工作。

(3)当过滤器以最大额定电流连续通过时,其温升应较低,开关电源,开关电源厂家,导轨开关电源,以确保在额定电流连续工作时,过滤器中各部件的工作性能不受破坏;

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(4)为了使工作的滤波器频率特性与设计值相匹配,信号源阻抗值和连接的负载阻抗值必须等于设计时的规定值:

(5)过滤器必须具有屏蔽结构。屏蔽罩和车身应具有良好的电气接触。滤波器的电容器引线应尽可能短。通过铁心电容器选择短引线和低电感比较好。

(6)必须具有更高的操作可靠性,因为用于屏蔽电磁干扰的滤波器通常比其他部件的故障更难找到。

安装过滤器时应注意以下几点:

(1)电源线滤波器应尽可能靠近设备的电源群安装。不要让未通过过滤器的电源线返回设备框架。

(2)滤波器中的电容器引线应尽可能短,以避免因引线电感和电容电抗而引起低频共振。

(3)存在较大的短路电流通过滤波器的地线,会引起额外的电磁辐射,因此滤波器元件本身必须有良好的屏蔽和接地。

(4)滤波器的输入和输出线不相交,否则,滤波器的输入和输出电容耦合路径就会产生串扰,从而减小滤波特性,常用的方法是在输入端和输出端之间添加分离器或屏蔽层。

  4 结语

开关电源的电磁干扰因素很多,抑制电磁干扰还有很多工作要做。抑制开关电源的各种噪声,使开关电源的运行更加安全可靠。