浅谈开关电源如何抑制电磁干扰
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摘要：当前电子技术正朝着高频、高速、高灵敏度、高可靠性、多功能、小型化的方向发展，导致了现代电子设备产生和接受电磁干扰的机率大大增加，所以EMI已成为许多电子设备与系统能否在应用现场正常可靠运行的主要障碍之一。
中图分类号：U291.4+5 文献标识码：A
开关电源使用的实际环境中总是存在着由自然因素或人为因素产生的电磁能量，这些电磁能量对开关电源产生多余而有害的信号，即为干扰噪声。这种干扰噪声的产生来自两个方面:一是来自外部干扰源的噪声，另一是来自开关电源本身内部电路的噪声。
1 开关电源电磁干扰的产生机理
开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明：
1.1 二极管的反向恢复时间引起的干扰高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。
1.2 开关管工作时产生的谐波干扰
功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。
1.3 交流输入回路产生的干扰
无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。
开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量，通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量，通过输入输出线传播时，都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
1.4 其他原因
元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。
2 开关电源EMI的特点
作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大;干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫兹)，主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线，具有更大的随意性，这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。
3 抑制电磁干扰的措施
3.1 干扰抑制技术的基础知识
抑制干扰要“对症下药”。即只有在深入的分析了干扰的来源、性质、传递方式、藕合方式以及干扰是以何种形式、在什么位置影响工作后，才能正确选择合适的抑制技术。总的来说，采用“灭”、“阻”、“抗”等三种方法来抑制干扰。
3.1.1消除干扰源-“灭”干扰的方法
消除干扰源一种积极的措施.例如，大功率变压器会产生强大的工频干扰，若能把变压器搬走，或暂时停电或在远离干扰的地方进行实验，这样就能消除由变压器引起的工频干扰。原则上讲，对于干扰源都应予消除。但是在实际测量时，有些干扰源是不能消除的。例如，自然界的干扰，大功率电台发出的射频干扰等，此时，只能采用其它抑制方法来消除这些干扰。
3.1.2破坏干扰的传输途径-“阻止”干扰的方法
干扰的传输方式可分两类:其一是以“场”的形式传输，例如，电容性耦合和互感性耦合;其二是以“路”的形式传输，例如，共阻抗耦合和漏电流耦合。对于以“路”形式传输的干扰，采取提高绝缘性能的方法以抑制漏电流耦合干扰;采用隔离变压器、光电耦合抑制共模干扰产生的环路电流;采用滤波、选频、屏蔽等技术消除干扰，采用合理的接地技术消除“共地”阻抗耦合，采用退耦电路消除电源内阻的影响等。对于以“场”形式传输的干扰，一般采用屏蔽和接地技术等。
3.1.3提高接收电路的抗干扰能力-“抗”的方法
一台设计良好的电子装置，应该具有对有用信号敏感且具有一定的抗干扰能力。一般情况是:高输入阻抗电路比低输入阻抗电路更容易受到干扰的影响;布局松散的电子装置比结构紧凑的电子装置更易受外来干扰;模拟电路比数字电路的抗干扰能力差等。在设计电路时，对输入放大器采用对称结构，采用双绞线作为传输线，采用合理接地和退耦、滤波以及选频等方法提高接收电路的抗干扰能力。
3.2屏蔽技术
屏蔽技术能够抑制电场、磁场的干扰，正确地使用屏蔽技术既能抑制干扰源对其它电子系统的影响，也能阻止干扰源进入系统内部。因此，屏蔽技术能用来防止干扰，也能用来阻断干扰。屏蔽技术的基本原理是把电力线和磁力线的影响限制在某个范围.即隔断“场”的耦合。
3.2.1静电屏蔽
静电屏蔽的方法:选用低电阻的金属材料(如钢和铝)制成一个空腔的金属盒（称为屏蔽盒)，将电路置于屏蔽盒内，并将屏蔽盒良好接大地。
静电屏蔽的原理:由静电学理论可知，处于静电平衡状态而且接地的屏蔽盒内，如果其内部无净电荷，外电场在屏蔽盒上产生的电荷通过接地线进入大地，屏蔽盒内任何一点处的电场为零，即盒内的电位处处相等，因此，置于屏蔽盒内的接收电路不会受外界电场的影响。同理，当屏蔽盒内有一个电量+Q的电荷，在屏蔽盒的内外侧产生符号相异的电荷，但因屏蔽盒接地，则外表面的感应电荷被中和，这样屏蔽盒外不存在电场.因此屏蔽盒内带电体的电场不会对外界产生影响。
3.2.2电磁屏蔽
电磁屏蔽的方法:采用导电良好的材料制成屏蔽盒，将欲保护电路置于屏蔽盒内，这样屏蔽盒内的电磁场不会对外界产生干扰，外界电磁干扰也不会干扰屏蔽盒内的电路。其原理是，由电涡流效应和集肤效应可知，屏蔽盒具有阻断高频电磁波透入的特性。屏蔽层的厚度只要超过干扰电磁波透射深度的3倍即可。实际上屏蔽层的厚度只要能满足机械强度就行了。若把屏蔽盒接地，则兼有静电屏蔽作用。
3.2.3低频磁屏蔽
为了防止低频磁场干扰，要用高磁导率材料制作屏蔽罩，使干扰磁场的磁力线在屏蔽罩内构成磁通路。由高磁导率材料内的磁阻比空气的磁阻小得多，因此，屏蔽罩外的漏磁可以略去不计，从而抑制低频磁场的干扰作用。
磁屏蔽罩应选择高磁导率材料，如坡莫合金，铁氧体罐等.并注意所用材料应有足够的厚度.以减少磁阻和防止磁饱和。同时注意到所用材料的频率特性，如坡莫合金在颇率超过500Hz时，其磁导率急剧下降，同时注意所用材料的环境温度，当温度升高，其磁导率下降;坡莫合金在经机械加工后，导磁率下降，因此加工后必须进行适当的热处理。
3.3接地技术
选择合理的接地点是抑制干扰的重要措施。电缆屏蔽层或屏蔽罩(如机壳等)都必须选择合理的接地点，才能有较强的抗干扰能力，为了防止共阻抗耦合产生的干扰，在印制电路板布线时也要选择合理的接地点:在实际测量中若同时使用多个仪器时，也要选择合理的接地点等等。如果接地不当.就会导致干扰，甚至造成测量仪器无法工作。由此可见，接地是一很重要的问题。
结束语
近些年来，随着电源技术的飞速发展，高频开关电源控制从最初的模拟电路逐渐发展到微处理器、DSP等高集成度的控制器件。这些器件体积小、精密度高，但开关电源内的电磁干扰、辐射相对其他通讯设备更强，这对高频开关电源的抗干扰设计技术提出了更高的要求。
参考文献
[1]葛长虹.工业测控系统的抗干扰技术[M].冶金工业出版社.2006.
[2]白同云.电磁兼容设计[M].北京邮电学院出版社，2001.