看一看：高频开关变换器中EMI产生的机理及其抑制

1 前言

开关电源具有体积小、重量轻、效率高等特点，广泛用于通讯、自动控制、家用电器、计算机等电子设备中。但是，其缺点是开关电源在高频条件下工作，产生非常强的电磁干扰（Electromagnetic Interference,EMI），经传导和辐射会污染周围电磁环境，对电子设备造成影响。本文从开关电源的电路结构、器件进行分析，探讨了电磁干扰产生的机理及其抑制方法。

2 开关电源电磁干扰（EMI）产生的机理

开关电源的电磁干扰，按耦合途径来分放弃拆迁款意味着什么，可分为传导干扰和辐射干扰。按噪声干扰源可分为两大类：1类是外部噪声，例如通过电网传输过来的共模和差模干扰、外部电磁辐射对开关电源控制电路的干扰等；另外1类是开关电源本身产生的电磁干扰，如开关管、整流管的电流尖峰产生的谐波及电磁辐射干扰。其中外部噪声产生的影响可以通过电源滤波器进行衰减，本文不做讨论，仅讨论开关电源本身产生的电磁噪声。常规交换输入的开关电源主要结构可以分为4大部分，其框图如图1所示。

其中输入与整流滤波部分、高频逆变部分、输出整流与滤波部分是产生电磁干扰的主要来源。以下将通过对各部分电压、电流波形的分析，阐明电磁噪声产生的缘由。

2．1 工频整流器引发的电磁噪声

1般开关电源为容式滤波，在输入与整流滤波部分电磁噪声主要是由整流进程中酿成的电流尖峰、电压波动所引发的。正弦波电源经过电源滤波器进行差模、共模信号衰减后，由整流桥整流、电解电容滤波，得到的电压作为高频逆变部分的输入电压。由于滤波电容的存在，使整流器不象纯整流那样1组开通半个周期，而是只在正弦电压高于电容电压时才导通，造成电流波形非常峻峭，同时电压波形变得平缓。电流、电压的波形如图2所示。

根据Fourier级数，图中的电流、电压波形可分解为直流分量和1系列频率为基波频率整数倍的正弦交换分量之和。通过电磁场理论和实验结果表明，谐波（特别是高次谐波）会产生传导干扰和辐射干扰。通过开关电源的输入输出线传播出去而构成的干扰称之为传导干扰，在空间产生电场、磁场向外辐射产生的干扰称之为辐射干扰。

2．2 变压器与开关管引发的电磁噪声

逆变部分是开关稳压电源的核心，用以实现变压、变频和完成输出电压的调解，主要有开关管和高频变压器组成。电磁噪声主要是由于变压器的漏感、散布电容和开关管的开通、关断造成。开关电源中的高频变压器用作隔离和变压，变压器在理论分析时，通常认为是理想变压器，但是在实际利用中变压器存在漏感，而且在高频的情况下，还要考虑变压器层间的散布电容。高频变压器的等效电路模型如图3所示。

从图中可以看到变压器层间的散布电容使开关电源中的高频噪声很容易在初次级之间传递。而且如果电容滤波容量不足或高频特性不好，电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式通过变压器的寄生电容传到交换电源中。

开关电源的体积、重量减小的根本缘由是使功率半导体器件工作在高频开关状态，但导致的结果是产生了非常严重的电磁干扰。其缘由是在工作进程中产生高的di/dt和dv/dt，和变压器漏感，电路寄生电感与开关管寄生电容之间的高频震荡。开关电源中的电压波形大多为接近矩形的周期波，比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源电压波形等。频率高，1般在kHz以上，上升、降落时间短，dv/dt大，而且通过傅里叶展开以后，包括的谐波频率非常高，很容易污染周围的电磁环境。

开关管（比如MOSFET ）在开通关断时，也会造成很强的电磁干扰。由于变压器低级线圈漏感，电路寄生电感的存在，致使1部分能量没有从1次侧传输到2次侧，漏感中储存能量，关断瞬间电流产生突变，di/dt非常高，产生反电动势。由电磁场理论可知：E=-Ldi/dt。其值与电流的变化成正比，与电感成正比。因此漏感会产生非常高的反电动势叠加在关断电压上，构成关断电压尖峰，产生传导性电磁干扰。漏感与开关管之间的寄生电容还会产生震荡，影响电路中的电磁环境，产生噪声。开关管开通时，寄生电容瞬间放电，产生尖峰电流，低级线圈也会造成浪涌电流的产生，影响电磁环境。

2．3 输出整流2极管反向恢复酿成的电磁噪声

2极管承受反向电压时，PN结内积累的电荷将释放并构成1个反向电流，反向恢复电流脉冲的幅度、脉冲宽度和形状与2极管本身的特性及电路参数有关，而且恢复到零点的时间与结电容等因素有关。高频整流2极管由于反向恢复电流脉冲的幅度和di/dt都很大，它们在引线电感和与其相连接的电路中都会产生很高的感应电压，从而造成很强宽频的瞬态电磁噪声。2极管反向恢复进程电压、电流波形如图4所示。

在高频开关电源、高频DC/DC谐振变换器和功率因数校正电路等重复开关频率较高的变流器电路中，都要用到快恢复2极管拆迁房屋最新补偿标准。它们的反向恢复时间通常在纳秒量级，因此通过引线电感酿成的瞬态电磁噪声是不可忽视的。特别是在反激式开关电源中，2极管反向恢复电流尖峰还有可能从次级传到低级，在开关开通时，构成1个电流尖峰，不但容易烧毁开关管，还造成电磁噪声。

3 开关电源电磁干扰（EMI）的抑制措施

构成电磁干扰的3要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因此，抑制电磁干扰也应当从这3方面着手村里有权强拆吗。首先应当抑制干扰源，直接消除干扰缘由；其次是消除干扰源和受扰设备之间的藕合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第3是提高受扰设备的抗扰能力，降落其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的藕合通道，常常使用的方法是屏蔽、接地和滤波。在实践中证明这些都是行之有效的方法。本文通过介绍1种可行性技术从电路上改进，直接控制干扰源。

软开关技术的利用大大提高了电源的效率，在节能方面做出了巨大的贡献。但在1些电路拓扑结构中，软开关技术的利用还大大降落了电磁干扰，准谐振反激式变换器就是最好的1个实例，电路结构如图5所示。

相对1般的反激式变换器，准谐振只在原来电路基础上加了1个无源器件电容器，不会在电路中产生多余的电磁噪声。通过改变控制方式，利用变压器低级电感与电容器之间产生谐振，在开关管电压波形出现波谷处开通；关断时利用电容器进行缓冲，可以大大降落开关管上的关断电压尖峰和开通电流尖峰，从而降落电磁干扰。利用安森美的NCP1207制作的准谐振反激式开关电源，其开关管上的电压波形如图6所示：

从图中可以看出开关管在开通时，电压非常低，有益于降落电流尖峰，关断时，电压尖峰小，从而电磁干扰降落。

4 结论

随着开关电源的不断高频化，其电磁干扰问题越发显得重要。在开发和设计开关电源中，如何有效抑制开关电源的电磁干扰，同时提高开关电源本身对电磁干扰的抗干扰能力（即EMC）是1个重要课题。因此，抑制开关电源电磁干扰还有大量的工作要做，需要全部工程技术人员不懈的努力。

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