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分析開關電源內部幹擾的產生原因



分析開關電源內部幹擾的產生原因

開關電源作為電子設備的供電裝置,具有體積小、重量輕、效率高等優點,在數字電路中得到了廣泛的應用,然而由於工作在高頻開關狀態,屬於強幹擾源,其本身 產生的幹擾直接危害著電子設備的正常工作。因此,抑製開關電源本身的電磁噪聲,同時提高其對電磁幹擾的抗擾性,以保證電子設備能夠長期安全可靠地工作,是 開發和設計開關電源的一個重要課題。

開關電源的幹擾一般分為兩大類:一是開關電源內部元器件形成的幹擾;二是由於外界因素影響而使開關電源產生的幹擾。兩者都涉及到人為因素和自然因素。

1.1 開關電源內部幹擾

開關電源產生的EMI主要是由基本整流器產生的高次諧波電流幹擾和功率變換電路產生的尖峰電壓幹擾。

1.1.1 基本整流器

基本整流器的整流過程是產生EMI最常見的原因。這是因為工頻交流正弦波通過整流後不再是單一頻率的電流,而變成一直流分量和一係列頻率不同的諧波分量, 諧波(特別是高次諧波)會沿著輸電線路產生傳導幹擾和輻射幹擾,使前端電流發生畸變,一方麵使接在其前端電源線上的電流波形發生畸變,另一方麵通過電源線 產生射頻幹擾。

1.1.2 功率變換電路

功率變換電路是開關穩壓電源的核心,它產帶較寬且諧波比較豐富。產生這種脈衝幹擾的主要元器件為

1)開關管開關管及其散熱器與外殼和電源內部的引線間存在分布電容,當開關管流過大的脈衝電流(大體上是矩形波)時,該波形含有許多高頻成份;同時,關電 源使用的器件參數如開關功率管的存儲時間,輸出級的大電流,開關整流二極管的反向恢複時間,會造成回路瞬間短路,產生很大短路電流,另外,開關管的負載是高頻變壓器或儲能電感,在開關管導通的瞬間,變壓器初級出現很大的湧流,造成尖峰噪聲。

2)高頻變壓器開關電源中的變壓器,用作隔離和變壓,但由於漏感的原因,會產生電磁感應噪聲;同時,在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會將一次側高次諧波噪聲傳遞給次 級,而變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路,使變壓器周圍產生的電磁場更容易在其他引線上耦合形成噪聲。

3)整流二極管二次側整流二極管用作高頻整流時,由於反向恢複時間的因素,往往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)。一旦這個反向電流恢複時的斜率過大,流過線圈的電感就產生了尖峰電壓,在變壓器漏感和其他分布參數的影響下將產生較強的高頻幹擾,其頻率可達幾十MHz。

4)電容、電感器和導線開關電源由於工作在較高頻率,會使低頻元件特性發生變化,由此產生噪聲。

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