開關(guān)電源噪聲的產(chǎn)生原因及抑制方法
交流電輸入開關(guān)電源后，由橋式整流器V1～V4整理成直流電壓Vi加在高頻變壓器的初級L1和開關(guān)管V5上。開關(guān)管V5的基極輸入一個幾十到幾百千赫的高頻矩形波，其重復(fù)頻率和占空比由輸出直流電壓VO的要求來確定。被開關(guān)管放大了的脈沖電流由高頻變壓器耦合到次級回路。高頻變壓器初次級匝數(shù)之比也是由輸出直流電壓VO的要求來確定的。高頻脈沖電流經(jīng)二極管V6整流并經(jīng)C2濾波后變成直流輸出電壓VO。因此開關(guān)電源在以下幾個環(huán)節(jié)都將產(chǎn)生噪聲，形成電磁干擾。
（1）高頻變壓器初級L1、開關(guān)管V5和濾波電容C1構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路，可能
會產(chǎn)生較大的空間輻射。如果電容器濾波不足，則高頻電流還會以差模方式傳導(dǎo)到輸入交流電源中去。如圖1中的I1 。
（2）高頻變壓器次級L2、整流二極管V6、濾波電容C2也構(gòu)成高頻開關(guān)電流環(huán)路會
產(chǎn)生空間輻射。如果電容器濾波不足，則高頻電流將以差模形式混在輸出直流電壓上向外傳導(dǎo)。如圖1中的I2 。
�。�3）高頻變壓器的初級和次級間存在分布電容Cd，初級的高頻電壓通過這些分布電
容將直接耦合到次級上去，在次級的二條輸出直流電源線上產(chǎn)生同相位的共模噪聲。如果二根線對地阻抗不平衡，還會轉(zhuǎn)變成差模噪聲。
�。�4）輸出整流二極管V6會產(chǎn)生反向浪涌電流。二極管在正向?qū)〞rPN結(jié)內(nèi)的電荷
積累，二極管加反向電壓時積累電荷將消失并產(chǎn)生反向電流。因為開關(guān)電流需經(jīng)二極管整流，二極管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r間很短，在短時間內(nèi)要讓存儲電荷消失就產(chǎn)生了反向電流的浪涌。由于直流輸出線路中的分布電感，分布電容，浪涌引起了高頻衰減振蕩，這是一種差模噪聲。
�。�5）開關(guān)管V5的負載是高頻變壓器的初級線圈L1，是感性負載，所以開關(guān)通斷時管子兩端會出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓，這個噪聲會傳導(dǎo)到輸入輸出端去。
（6）開關(guān)管V5的集電極與散熱片K之間存在分布電容CI，因此高頻開關(guān)電流會通過CI流到散熱片K上，再流到機殼地，最終流到與機殼地相連接的交流電源線的保護地線PE中，從而產(chǎn)生共模輻射。電源線L和N對PE存在一定阻抗，如阻抗不平衡則共模噪聲還會轉(zhuǎn)變成差模噪聲。如圖1中的I3 。
由以上分析可以知道開關(guān)電源中的噪聲干擾源很多,干擾途徑是多種多樣的,影響較大的噪聲干擾源可以歸納為以下三種:
�。�1）二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾。
�。�2）開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾
功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流，在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會產(chǎn)生尖峰干擾。
�。�3）交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間也會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。一般整流電路后面總要接比較大的濾波電容，因而整流管的導(dǎo)通角較小，會引起很大的充電電流，使交流輸入側(cè)的交流電流發(fā)生畸變，影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。另外，濾波電容的等效串聯(lián)電感對產(chǎn)生干擾也有較大的影響。
所有這些干擾按傳播途徑可以分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量通過開關(guān)電源輸入輸出線傳播出去形成的干擾稱為傳導(dǎo)干擾。諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，在空間產(chǎn)生電場和磁場，這些通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。
正因為開關(guān)電源本身就是一個強干擾源、所以除了電路上采取措施抑制其電磁干擾產(chǎn)生外，還應(yīng)對開關(guān)電源進行有效的電磁屏蔽，濾波以及接地。
3 開關(guān)電源噪聲的抑制方法
形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備，因而，抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三個方面著手。首先應(yīng)該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力，降低其對噪聲的敏感度。第三點不是本文討論的范圍。
采用功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)和軟開關(guān)功率變換技術(shù)能大大降低噪聲幅度。
（1）電路上的措施
開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的主要原因是電壓和電流的急劇變化，因此需要盡可能地降低電路中的電壓和電流的變化率（du/dt、di/dt）。采用吸收電路也是抑制電磁干擾的好辦法。吸收電路的基本原理就是開關(guān)斷開時為開關(guān)提供旁路，吸收蓄積在寄生分布參數(shù)中的能量，從而抑制干擾發(fā)生。常用的吸收電路有RC、RCD、LC無源吸收網(wǎng)絡(luò)和有源吸收網(wǎng)絡(luò)。
濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的方法。例如，在電源輸入端接上濾波器可以抑制開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，也可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器，三端電容器，鐵氧體磁環(huán)，他們能夠改善電路的濾波特性。恰當?shù)脑O(shè)計或選擇濾波器，并正確地安裝濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。
具體措施如下：
a． 在交流電輸入端加裝電源濾波器,濾波器的電路型式如圖2。其中LD、CD用于抑制差模噪聲，一般LD 取100~700μH，CD取1~10μF，對10~150KHz比較有效。LC、CC用于抑制共模噪聲，一般LC取1~3μH，CC取2000~6800pF，對抑制150KHz。以上的共模噪聲有效。上述器件的參數(shù)要在實踐中加以調(diào)整。
另外，電源濾波器安裝時應(yīng)注意：
電源濾波器安裝時必須接地。除了廠家特別說明允許不接地的濾波器在使用時可以不接地外，所有電源濾波器都必須接地，因為濾波器的共模旁路電容必須接地才能起作用。一般的接地方法是除將濾波器與金屬機殼相接外，還要用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與設(shè)備的接地點相連。接地阻抗越低，濾波效果越好。
盡量靠近電源入口處安裝。安裝時，濾波器的輸入/輸出端盡量遠離，避免干擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。必要時，使用屏蔽隔板將其隔開。
b. 在電源的輸出端加裝共模噪聲濾波器。在輸出線上套上鐵氧體磁環(huán)，做成共軛扼流圈，再加裝高頻電容，這樣可以抑制部分共模噪聲。加大輸出濾波電感的電感量及濾波電容的電容量，可以抑制差模噪聲，多個電容并聯(lián)效果更好。
c. 輸出整流二極管采用多個二極管并聯(lián)來分擔負載電流、選擇具有反向恢復(fù)電流呈軟特性的整流二極管、適當降低開關(guān)管的開通速率、減小高頻變壓器的漏感并確保它不飽和等都是抑制噪聲的有效手段。
d. 在高頻變壓器的原邊、副邊、開關(guān)管的CE極之間，以及輸出整流二極管上加裝RC吸收網(wǎng)絡(luò)。抑制電壓尖峰和電流浪涌。在輸出整流二極管支路中串接可飽和非晶磁環(huán)，以此來抑制二極管的反向浪涌電流，效果較好。
（1）高頻變壓器初級L1、開關(guān)管V5和濾波電容C1構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路，可能
會產(chǎn)生較大的空間輻射。如果電容器濾波不足，則高頻電流還會以差模方式傳導(dǎo)到輸入交流電源中去。如圖1中的I1 。
（2）高頻變壓器次級L2、整流二極管V6、濾波電容C2也構(gòu)成高頻開關(guān)電流環(huán)路會
產(chǎn)生空間輻射。如果電容器濾波不足，則高頻電流將以差模形式混在輸出直流電壓上向外傳導(dǎo)。如圖1中的I2 。
�。�3）高頻變壓器的初級和次級間存在分布電容Cd，初級的高頻電壓通過這些分布電
容將直接耦合到次級上去，在次級的二條輸出直流電源線上產(chǎn)生同相位的共模噪聲。如果二根線對地阻抗不平衡，還會轉(zhuǎn)變成差模噪聲。
�。�4）輸出整流二極管V6會產(chǎn)生反向浪涌電流。二極管在正向?qū)〞rPN結(jié)內(nèi)的電荷
積累，二極管加反向電壓時積累電荷將消失并產(chǎn)生反向電流。因為開關(guān)電流需經(jīng)二極管整流，二極管由導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂沟臅r間很短，在短時間內(nèi)要讓存儲電荷消失就產(chǎn)生了反向電流的浪涌。由于直流輸出線路中的分布電感，分布電容，浪涌引起了高頻衰減振蕩，這是一種差模噪聲。
�。�5）開關(guān)管V5的負載是高頻變壓器的初級線圈L1，是感性負載，所以開關(guān)通斷時管子兩端會出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓，這個噪聲會傳導(dǎo)到輸入輸出端去。
（6）開關(guān)管V5的集電極與散熱片K之間存在分布電容CI，因此高頻開關(guān)電流會通過CI流到散熱片K上，再流到機殼地，最終流到與機殼地相連接的交流電源線的保護地線PE中，從而產(chǎn)生共模輻射。電源線L和N對PE存在一定阻抗，如阻抗不平衡則共模噪聲還會轉(zhuǎn)變成差模噪聲。如圖1中的I3 。
由以上分析可以知道開關(guān)電源中的噪聲干擾源很多,干擾途徑是多種多樣的,影響較大的噪聲干擾源可以歸納為以下三種:
�。�1）二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾。
�。�2）開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾
功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流，在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會產(chǎn)生尖峰干擾。
�。�3）交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間也會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。一般整流電路后面總要接比較大的濾波電容，因而整流管的導(dǎo)通角較小，會引起很大的充電電流，使交流輸入側(cè)的交流電流發(fā)生畸變，影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。另外，濾波電容的等效串聯(lián)電感對產(chǎn)生干擾也有較大的影響。
所有這些干擾按傳播途徑可以分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量通過開關(guān)電源輸入輸出線傳播出去形成的干擾稱為傳導(dǎo)干擾。諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，在空間產(chǎn)生電場和磁場，這些通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。
正因為開關(guān)電源本身就是一個強干擾源、所以除了電路上采取措施抑制其電磁干擾產(chǎn)生外，還應(yīng)對開關(guān)電源進行有效的電磁屏蔽，濾波以及接地。
3 開關(guān)電源噪聲的抑制方法
形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備，因而，抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三個方面著手。首先應(yīng)該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力，降低其對噪聲的敏感度。第三點不是本文討論的范圍。
采用功率因數(shù)校正（PFC）技術(shù)和軟開關(guān)功率變換技術(shù)能大大降低噪聲幅度。
（1）電路上的措施
開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的主要原因是電壓和電流的急劇變化，因此需要盡可能地降低電路中的電壓和電流的變化率（du/dt、di/dt）。采用吸收電路也是抑制電磁干擾的好辦法。吸收電路的基本原理就是開關(guān)斷開時為開關(guān)提供旁路，吸收蓄積在寄生分布參數(shù)中的能量，從而抑制干擾發(fā)生。常用的吸收電路有RC、RCD、LC無源吸收網(wǎng)絡(luò)和有源吸收網(wǎng)絡(luò)。
濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的方法。例如，在電源輸入端接上濾波器可以抑制開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，也可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器，三端電容器，鐵氧體磁環(huán)，他們能夠改善電路的濾波特性。恰當?shù)脑O(shè)計或選擇濾波器，并正確地安裝濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。
具體措施如下：
a． 在交流電輸入端加裝電源濾波器,濾波器的電路型式如圖2。其中LD、CD用于抑制差模噪聲，一般LD 取100~700μH，CD取1~10μF，對10~150KHz比較有效。LC、CC用于抑制共模噪聲，一般LC取1~3μH，CC取2000~6800pF，對抑制150KHz。以上的共模噪聲有效。上述器件的參數(shù)要在實踐中加以調(diào)整。
另外，電源濾波器安裝時應(yīng)注意：
電源濾波器安裝時必須接地。除了廠家特別說明允許不接地的濾波器在使用時可以不接地外，所有電源濾波器都必須接地，因為濾波器的共模旁路電容必須接地才能起作用。一般的接地方法是除將濾波器與金屬機殼相接外，還要用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與設(shè)備的接地點相連。接地阻抗越低，濾波效果越好。
盡量靠近電源入口處安裝。安裝時，濾波器的輸入/輸出端盡量遠離，避免干擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。必要時，使用屏蔽隔板將其隔開。
b. 在電源的輸出端加裝共模噪聲濾波器。在輸出線上套上鐵氧體磁環(huán)，做成共軛扼流圈，再加裝高頻電容，這樣可以抑制部分共模噪聲。加大輸出濾波電感的電感量及濾波電容的電容量，可以抑制差模噪聲，多個電容并聯(lián)效果更好。
c. 輸出整流二極管采用多個二極管并聯(lián)來分擔負載電流、選擇具有反向恢復(fù)電流呈軟特性的整流二極管、適當降低開關(guān)管的開通速率、減小高頻變壓器的漏感并確保它不飽和等都是抑制噪聲的有效手段。
d. 在高頻變壓器的原邊、副邊、開關(guān)管的CE極之間，以及輸出整流二極管上加裝RC吸收網(wǎng)絡(luò)。抑制電壓尖峰和電流浪涌。在輸出整流二極管支路中串接可飽和非晶磁環(huán)，以此來抑制二極管的反向浪涌電流，效果較好。
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