開關電源電磁干擾分析及其抑制
摘要：在介紹反激式開關電源及其性能的基礎上，討論了該電源中的網(wǎng)側諧波及抑制，開關緩沖、光電隔離等問題。
關鍵詞：噪聲;高次諧波;電磁干擾
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
具體電路如圖1所示。
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，則電路圖如圖4所示。
圖4 輸入輸出關系
其傳遞函數(shù)為
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。
圖1 Flyback反激式電源電路
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)橹绷鳎娙蓦娏鞯牟ㄐ尾皇钦也ǘ敲}沖波。如圖2所示。
圖2 電容側的電流電壓波形
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，如圖3(a)及圖3(b)所示。
| 【上一個】 開關電源的穩(wěn)定性設計 | 【下一個】 開關電源EMI設計 |
| ^ 開關電源電磁干擾分析及其抑制 | ^ 開關電源電磁干擾分析及其抑制 |