開關(guān)電源產(chǎn)生干擾的原因分析

1.電磁干擾的產(chǎn)生與傳輸
  電磁干擾傳輸有兩種方式:一種是傳導傳輸方式,另一種則是輻射傳輸方式。傳導傳輸是在干擾源和敏感設(shè)備之間有完整的電路連接,干擾信號沿著連接電路傳遞到接收器而發(fā)生電磁干擾現(xiàn)象。
  輻射傳輸是干擾信號通過介質(zhì)以電磁波的形式向外傳播的干擾形式。常見的輻射耦合有三種:1)一個天線發(fā)射的電磁波被另一個天線意外地接收,稱為天線對天線的耦合;2)空間電磁場經(jīng)導線感應而耦合,稱為場對線的耦合。3)兩根平等導線之間的高頻信號相互感應而形成的耦合,稱為線對線的感應耦合。
  2.電磁干擾的產(chǎn)生機理
  從被干擾的敏感設(shè)備角度來說,干擾耦合又可分為傳導耦合和輻射耦合兩類。
  傳導耦合模型
  傳導耦合按其原理可分為電阻性耦合、電容性耦合和電感性耦合三種基本耦合方式。
  輻射耦合模型
  輻射耦合是干擾耦合的另一種方式,除了從干擾源發(fā)出的有意輻射外,還有大量的無意輻射。同時,PCB板上的走線無論是電源線、信號線、時鐘線、數(shù)據(jù)線或者控制線等,都能起到天線的效果,即可輻射出干擾波,又可起到接收作用。
  3.電磁干擾控制技術(shù)
 、賯鬏斖ǖ酪种
  濾波:在設(shè)計和選用濾波器時應注意頻率特性、耐壓性能、額定電流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。濾波器的安裝正確與否對其插入損耗特性影響很大,只有安裝位置恰當,安裝方法正確,才能對干擾起到預期的濾波作用。在安裝濾波器時應考慮安裝位置,輸入輸出側(cè)的配線必須屏蔽隔離,以及高頻接地和搭接方法。
  屏蔽:電磁屏蔽按原理可分為電場屏蔽、磁場屏蔽和電磁場屏蔽三種。電場屏蔽包含靜電屏蔽和交變電場屏蔽;磁場屏蔽包含低頻磁場屏蔽和高頻磁場屏蔽。不同類型的電磁屏蔽對屏蔽體的要求不同。在實際的屏蔽中,電磁屏蔽效能更大程度上依賴于屏蔽體的結(jié)構(gòu),即導電的連續(xù)性。實際的屏蔽體由于制造、裝配、維修、散熱、觀察及接口連接要求,其上面一般都開有形狀各異、尺寸不同的孔縫,這些孔縫對于屏蔽體的屏蔽效能起著重要的影響作用,因此必須采取措施來抑制孔縫的電磁泄漏。
  接地:接地有安全接地和信號接地兩種。同時,接地也會引入接地阻抗及地回路干擾。接地技術(shù)包括接地點的選擇、電路組合、接地的設(shè)計和抑制接地干擾措施的合理應用等。
  搭接:搭接是指導體間低阻抗連接,只有良好的搭接才能使電路完成其設(shè)計功能,使干擾的各種抑制措施得以發(fā)揮作用。搭接方法可分為永久性搭接和半永久性搭接兩種,而搭接類型分為直接搭接和間接搭接。
  布線:布線是印刷電路板電磁兼容性設(shè)計的關(guān)鍵,應選擇合理的導線寬度,采取正確的布線策略,如加粗地線,將地線閉合成環(huán)路,減少導線不連續(xù)性,采用多層板等。②空間分離
  空間分離是抑制空間輻射騷擾和感應耦合騷擾的有效方法,通過加大騷擾源和接受器敏感設(shè)備之間的空間距離,使騷擾電磁場到達敏感設(shè)備時的強度已衰減到低于接受設(shè)備敏感度門限,從而達到抑制電磁干擾的目的。由電磁場理論可知,場強在近區(qū)感應場中以1/r3的方式衰減,遠區(qū)輻射場的場強分布按1/r方式減小。因此,為了滿足系統(tǒng)的電磁兼容性要求,盡量將組成系統(tǒng)的各個設(shè)備間的空間距離增大。在設(shè)備、系統(tǒng)布線中,限制平行線纜的最小間距,以減少串擾。在PCB設(shè)計中,規(guī)定引線條間的最小間隔。另外,空間分離也包括在空間有限的情況下,對騷擾源輻射方向的方位調(diào)整、騷擾源電場矢量與磁場矢量的空間取向的控制。
 、蹠r間分離
  當騷擾源非常強,不易采用其他方法可靠抑制時,通常采用時間分隔的方法,使有用信號在騷擾信號停止發(fā)射的時間內(nèi)傳輸,或者當強騷擾信號發(fā)射時,使易受騷擾的敏感設(shè)備短時關(guān)閉,以避免遭受損害。時間分隔控制有兩種形式,一種是主動時間分隔,適用于有用信號出現(xiàn)時間與干擾信號出現(xiàn)時間有確定先后關(guān)系的情況;另一種是被動時間分隔,按照干擾信號與有用信號出現(xiàn)的特征使其中某一信號迅速關(guān)閉,從而達到時間上不重合、不覆蓋的控制要求。
  ④頻譜管理
  頻譜的規(guī)劃劃分是把各頻段劃分給各種無線電業(yè)務(wù),為特定用戶制定頻段。制定國家標準規(guī)范是防止干擾以及在某些情況下確保通信系統(tǒng)達到所需通信性能的基礎(chǔ)。這包括無線電設(shè)備的核準程序,無線電發(fā)射機、接收機和其他設(shè)備型號核準所要求的最低性能標準文件。
 、蓦姎飧綦x
  電氣隔離是避免電路中傳導干擾的可靠方法,同時還能使有用信號正常耦合傳輸。常見的電氣隔離耦合形式有機械耦合、電磁耦合、光電耦合等。DC/DC變換器是一種應用廣泛的電器隔離器件,它將一種直流電壓變換成另一種直流電壓,為了防止多個設(shè)備共用一個電源引起共電源內(nèi)阻干擾,應用DC/DC變換器單獨對各路供電,以保證電路不受電源中的信號干擾。
  一、開關(guān)電源產(chǎn)生干擾的原因
  開關(guān)電源首先將工頻交流整流為直流,再逆變?yōu)楦哳l,最后經(jīng)過整流濾波電路輸出,得到穩(wěn)定的直流電壓,因此自身含有大量的諧波干擾。同時,由于變壓器的漏感和輸出二極管的反向恢復電流造成的尖峰,都形成了潛在的電磁干擾。開關(guān)電源中的干擾源主要集中在電壓、電流變化大的元器件上,突出表現(xiàn)在開關(guān)管、二極管、高頻變壓器等上。
  ①開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁干擾
  開關(guān)電路是開關(guān)電源的主要干擾源之一。開關(guān)電路是開關(guān)電源的核心,主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的du/dt具有較大幅度的脈沖,頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖干擾產(chǎn)生的主要原因是:開關(guān)管負載為高頻變壓器初級線圈,是感性負載。
在開關(guān)管導通瞬間,初級線圈產(chǎn)生很大的涌流,并在初級線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓;在開關(guān)管斷開瞬間,由于初級線圈的漏磁通,致使一部分能量沒有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉圈,儲藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩,疊加在關(guān)斷電壓上,形成關(guān)斷電壓尖峰。電源電壓中斷會產(chǎn)生與初級線圈接通時一樣的磁化沖擊電流瞬變,這種瞬變是一種傳導型電磁干擾,既影響變壓器初級,還會使傳導干擾返回配電系統(tǒng),造成電網(wǎng)諧波電磁干擾,從而影響其他設(shè)備的安全和經(jīng)濟運行。

【上一個】 節(jié)能降耗及智能化帶動開關(guān)電源市場發(fā)展 【下一個】 減少開關(guān)電源對電網(wǎng)的干擾的方法


 ^ 開關(guān)電源產(chǎn)生干擾的原因分析