开关电源电磁兼容性问题研究

国标也等同采用了相应的国际标准。如GB/T17626.1~12系列标准等同采用了IEC61000系列标准;GB9254-1998《信息技术设备的无线电干扰限值及测量方法》等同采用CISPR22;GB/T17618-1998《信息技术设备抗扰度限值和测量方法》等同采用CISPR24。

3 开关电源的电磁兼容性问题的由来

电磁兼容产生的3个要素为：干扰源、传播途径及受干扰体。

开关电源因工作在开关状态下，其引起的电磁兼容性问题是相当复杂的。我们从开关电源的组成原理来分析其产生电磁干扰的原由。

开关电源的种类很多，按电路结构可分为串联式和直流变换式两种;按激励方式可分为自激和他激两种;按开关管的组合可分为单管、全桥、半桥、推挽，等等。然而，无论何种类型的开关电源，均是利用半导体器件作为开关，以开和关的时间比例来控制输出电压的高低。由于开关电源的工作频率都在几十至几百kHz，所以线路中的电流和电压变化率都很大，产生了很大的电磁干扰，它们会通过电源线以共模和差模的方式向外传输干扰，同时也会向周围空间辐射干扰。图1是普通开关电源线路图，用于说明电源中电磁干扰的产生与耦合途径。

图1 开关电源电路简图

3.1输入整流回路

在输入整流回路中，整流管VD1~VD4只有在脉动电压超过输入滤波电容C1上的电压的时候才能导通，电流才从市电电源输入，并对C1进行充电。一旦C1上的电压高于市电电源的瞬时电压，整流管截止。所以，输入整流回路的电流是脉冲性质的，有着丰富的高次谐波电流。输入电流与市电电源电压的不同步，还导致了开关电源的功率因数低下。

3 .2开关回路

开关电源在工作时，开关管VT处于高频通断状态，经由高频变压器T的初级线圈、开关管VT和输入滤波电容C1形成了一个高频电流环路。这个环路的存在，就有可能对空间形成电磁辐射。

输入滤波电容C1对电磁干扰的形成也有一定的影响，如果C1的电容量不足够大，则输入滤波效果不好，这时高频电流还会以差模方式传导到交流电源中去。

此外，在开关回路中，开关管驱动的负载是高频变压器的初级线圈，是电感性的，由于高频变压器的结构不是完全理想的，除了初级电感外，还存在一定的漏电感。所以，在开关管关断的瞬间，变压器中存储的能量不能完全地传送到次级，结果在高频变压器的漏电感上感应出一个尖峰高电压，如果尖峰有足够高的幅度，很有可能会造成开关管VT的击穿。

3.3 次级整流回路

开关电源在工作时，次级整流回路的VD5也处于高频通断状态。由高频变压器次级线圈、整流二极管VD5和滤波电容C2构成了高频开关电流环路。由于有这个环路的存在，同样也有可能对空间形成电磁辐射。

次级整流回路中的二极管在正向导通时，PN结被充电;在加反向电压时，积累的电荷将被抛散，并因此产生反向电流，这个过程非常短暂。所以，在有分布电感和分布电容存在的回路里，实际上也形成了一个高频的谐振电路，当二极管截止瞬间的电流变化非常剧热时，在整个次级整流回路中会产生高频衰减振荡。

3.4控制回路

在控制回路中的脉冲控制信号是主要的干扰源，只不过与其它各项干扰源比较起来，控制回路的干扰比较小。

3.5由分布电容引起的干扰

(1)由初级回路开关管外壳与散热器的容性耦合引起的共模传导干扰 在初级回路中，开关管外壳与散热器之间的容性耦合，会在电源输入端产生传导共模干扰。该共模传导的途径形成一个环路。该环路始于高du/dt的散热器和安全接地线，通过交流电源的高频导纳和输入电源线返回。