0、引言

隨著開關(guān)電源技術(shù)的不斷發(fā)展和日趨成熟，各個應(yīng)用領(lǐng)域?qū)﹂_關(guān)電源的需求也不斷增長，但是，開關(guān)電源存在嚴(yán)重的電磁干擾（EMI）問題。它不僅對電網(wǎng)造成污染，直接影響到其它用電電器的正常工作，而且作為輻射干擾闖入空間，對空間也造成電磁污染。于是便產(chǎn)生了開關(guān)電源的電磁兼容（EMC）問題。電磁兼容是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。

開關(guān)電源的電磁干擾可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩大類。傳導(dǎo)干擾通過交流電源傳播，頻率低于30MHz。輻射干擾通過空氣傳播，頻率在30MHz以上。

本文針對一種桌面式180W塑殼開關(guān)電源（負(fù)載是12V/15A的半導(dǎo)體制冷冰箱，電源外形大小205mm×90mm×62mm）所存在的電磁干擾超標(biāo)問題，從原理上進行了分析，并探討了解決方案。

1、180W開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)分析與電磁干擾測試

1.1 主電路與結(jié)構(gòu)布局分析

該開關(guān)電源的電路原理如圖1所示。

（a）電容濾波整流部分（b）半橋開關(guān)電路部分
圖1 180W開關(guān)電源電路
電容濾波整流器功率因數(shù)低，整流二極管導(dǎo)通時間較短，濾波電容充電電流瞬時值的峰值大，整流后的電流波形為脈動狀，產(chǎn)生高的諧波電流。

半橋電路中高頻導(dǎo)通和截止的S1、S2，D3、D4和變壓器T1是開關(guān)電源的主要騷擾源，產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波振蕩，該諧波振蕩產(chǎn)生的高次諧波，通過開關(guān)管與散熱器間的分布電容傳入內(nèi)部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。

該開關(guān)電源的內(nèi)部布局如圖2所示，左邊是交流電源輸入和直流輸出，靠左邊上下兩側(cè)留有通風(fēng)孔，風(fēng)機在右邊，采用向外抽風(fēng)方式散熱，保證塑殼內(nèi)的熱量及時排出，避免熱量在塑殼內(nèi)積聚。該布局的優(yōu)點是通風(fēng)路比較通暢，但也存在缺點——輸入輸出接口電纜安裝得較近，在它們之間容易產(chǎn)生空間耦合，形成輻射騷擾。

圖2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
1.2 電磁干擾測試

表1所列為測得的7～21次諧波電流的數(shù)值，其中11、15、17次諧波電流都超標(biāo)。
表1 實測的諧波電流數(shù)值

圖3為測得的傳導(dǎo)干擾超標(biāo)現(xiàn)象。

圖3 傳導(dǎo)干擾低頻超標(biāo)
輻射騷擾預(yù)測結(jié)果在30～50MHz和100MHz處超出限值，如圖4所示。

圖4 輻射騷擾預(yù)測圖
2、電磁干擾的抑制

2.1 諧波電流的抑制

采用功率因數(shù)校正可以解決諧波電流超標(biāo)的問題。有源功率因數(shù)校正采用Boost升壓PFC電路，功率因數(shù)提高到0.99以上，使得諧波電流很小，但電路復(fù)雜，成本也不低，而且電路中的開關(guān)管和高壓整流二極管的開關(guān)噪聲將成為新的騷擾源，使整機的EMI達(dá)標(biāo)增加了難度。

考慮到在交流輸入電壓（AC 220～250V）范圍內(nèi)，滿足電壓調(diào)整率情況下，適當(dāng)減小濾波電容，輸入串聯(lián)電阻可以在一定程度上降低濾波電容充電電流瞬時值的峰值，滿足諧波電流限值，且功率損耗在可以接受的范圍之內(nèi)，整機電源效率下降不多，也不失為較好方法。采用這一方法后實測諧波電流值如表2所列。
表2 濾波后諧波電流值

2.2 傳導(dǎo)騷擾的抑制

傳導(dǎo)噪聲主要來源半橋變換器中功率開關(guān)管S1及S2以頻率25kHz交替工作，功率開關(guān)管集電極發(fā)射極電壓Uce和發(fā)射極電流Ic波形接近矩形波。傅立葉分析表明，矩形波脈沖具有相當(dāng)寬的頻率帶寬，含有豐富的高次諧波，脈沖波形的頻譜幅度在低頻段較高。另外,功率開關(guān)管在截止期間,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。

輸入濾波器是為變換器的電磁騷擾電平和外界的電磁騷擾源設(shè)計的一種低阻抗通道（即低通濾波器），以抑制或去除電磁騷擾，達(dá)到電磁兼容的目的。

如圖5所示，輸入濾波器是由電感（LF1、LF2）和CY電容（C4、C5）及CX電容（C1、C2、C3）組成的低通濾波器電路構(gòu)成。對頻率較高的噪聲信號有較大的衰減。C1、C2、C3是濾除共模干擾的電容，C4、C5是濾除差模干擾的電容，LF1、LF2是共模線圈。

圖5 輸入濾波器
圖3中低頻傳導(dǎo)干擾（0.15～1MHz范圍）超標(biāo)，共模噪聲的主要騷擾源是功率開關(guān)管，低頻傳導(dǎo)干擾抑制以增加共模電感的電感量為主，當(dāng)共模電感從原設(shè)計的15mH增加到24mH時，低頻傳導(dǎo)干擾最大處下降30dB，得到了顯著改善。如圖6所示。

圖6 寄生參數(shù)影響傳導(dǎo)超標(biāo)
輸入濾波器對20MHz以下噪聲抑制有明顯的效果。理想輸入濾波器是低通濾波器，但實際上是帶阻濾波器，電容器的引線電感和電感線圈上的寄生電容，在頻率較高時影響就不能忽視。在1MHz時就變得十分明顯了。

當(dāng)開關(guān)電源頻率增加時，所需的共模電感可大大減小，共模電感體積也減小。但是，開關(guān)電源在20MHz以上頻帶的輻射噪聲份量有所增加，給輻射騷擾的達(dá)標(biāo)帶來麻煩。開關(guān)頻率和共模電感的關(guān)系如表3所列。
表3 開關(guān)頻率和共模電感的關(guān)系

由于共模電感線圈存在寄生電容，高頻噪聲成分經(jīng)過寄生電容向外發(fā)射騷擾，故使用單個大感量共模電感不容易達(dá)到好的高頻濾波效果，一般采用兩個共模電感，同樣的電感量抑制高頻噪聲很見效，將有6dB以上的差值。

CX電容器高頻阻抗頻率特性是一個關(guān)系電磁騷擾抑制效果的重要參數(shù)。電容器在高頻使用時等效為r（等效串聯(lián)電阻）＋C＋L（等效串聯(lián)電感）電路。由于電容器自身的固有電感（即等效串聯(lián)電感）存在，在頻率低的范圍，電容器電抗呈容性，在頻率高的范圍，電容器電抗呈感性，這時抑制騷擾的能力就明顯下降。電容器的固有引線電感越小和騷擾源的高頻內(nèi)阻抗越大，則抑制騷擾的效果越好。

C4及C5的引線和連接地引線應(yīng)盡量短，以使接地阻抗盡量小，噪聲能經(jīng)過電容旁路到地線，C4及C5取較大電容量濾波效果好，但是，隨著電容量的增加泄漏電流也增加了，而泄漏電流值是電氣安全中的重要指標(biāo)，決不允許超過規(guī)定數(shù)值。一般的漏電流限制是3.5mA，此桌面式塑殼開關(guān)電源屬手持式設(shè)備，最大漏電流限制為0.75mA，實測值為0.55mA。