電磁騷擾（EMD）是指電氣產(chǎn)品向外發(fā)出噪聲，開關(guān)電源中的功率開關(guān)管在高頻下的通、斷過(guò)程產(chǎn)生大幅度的電壓和電流跳變，因而產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁騷擾，但騷擾的背景諧波治理頻率范圍（<30MHz）是比較低的。多數(shù)小功率開關(guān)電源的幾何尺寸遠(yuǎn)小于30MHz電磁場(chǎng)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)（空氣介質(zhì)中約為10m），開關(guān)電源系統(tǒng)研究的電磁騷擾現(xiàn)象屬于似穩(wěn)場(chǎng)的范圍，研究它們的電磁騷擾問(wèn)題時(shí)，主要考慮的是傳導(dǎo)騷擾。

一、 電磁騷擾的研究

1.  開關(guān)電源中的主要電磁騷擾源

 開關(guān)電源中的電磁騷擾源主要有開關(guān)器件、二極管和非線性無(wú)源元件；在開關(guān)電源中,印制板布線不當(dāng)也是引起電磁騷擾的一個(gè)主要因素。

1.1開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁騷擾 
   
對(duì)開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，開關(guān)電路產(chǎn)生的電磁騷擾是開關(guān)電源的主要騷擾源之一。開關(guān)電路是開關(guān)電源的核心，主要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的dv/dt是具有較大輻度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。這種脈沖騷擾產(chǎn)生的主要原因是 ：
   
（1）開關(guān)管負(fù)載為高頻變壓器初級(jí)線圈，是感性負(fù)載。在開關(guān)管導(dǎo)通瞬間，初級(jí)線圈產(chǎn)生很大的涌流，并在初級(jí)線圈的兩端出現(xiàn)較高的浪涌尖峰電壓；在開關(guān)管斷開瞬間，由于初級(jí)線圈的漏磁通，致使一部分能量沒(méi)有從一次線圈傳輸?shù)蕉尉€圈。儲(chǔ)藏在電感中的這部分能量將和集電極電路中的電容、電阻形成帶有尖峰的衰減振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰。這種電源電壓中斷會(huì)產(chǎn)生與初級(jí)線圈接通時(shí)一樣的磁化沖擊電流瞬變，這個(gè)噪聲會(huì)傳導(dǎo)到輸入輸出端，形成傳導(dǎo)騷擾。重者有可能擊穿開關(guān)管。
   
（2)脈沖變壓器初級(jí)線圈，開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射騷擾。如果電容濾波容量不足或高頻特性不好，電容上的高頻阻抗會(huì)使高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中形成傳導(dǎo)騷擾。

1.2 二極管整流電路產(chǎn)生的電磁騷擾 
   
主電路中整流二極管產(chǎn)生的反向恢復(fù)電流的|di/dt|遠(yuǎn)比續(xù)流二極管反向恢復(fù)電流的|di/dt|小得多。作為電磁騷擾源來(lái)研究，整流二極管反向恢復(fù)電流形成的騷擾強(qiáng)度大，頻帶寬。整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠(yuǎn)小于電源中的功率開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。因此，不計(jì)整流二極管產(chǎn)生的|dv/dt|和|di/dt|的影響，而把整流電路當(dāng)成電磁騷擾耦合通道的一部分來(lái)研究也是可以的。

1.3 dv/dt與負(fù)載大小的關(guān)系 
   
功率開關(guān)管開通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的dv/dt是開關(guān)電源的主要騷擾源。經(jīng)理論分析及實(shí)驗(yàn)表明：負(fù)載加大，關(guān)斷產(chǎn)生的|dv/dt|值加大，而負(fù)載變化對(duì)開通的|dv/dt|影響不大。由于開通和關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的|dv/dt|不同，從而對(duì)外部產(chǎn)生的騷擾脈沖也是不同的。

2. 開關(guān)電源電磁噪聲的耦合通道 
   
描述開關(guān)電源和系統(tǒng)傳導(dǎo)騷擾的耦合通道有兩種方法：
   
（1)將耦合通道分為共模通道和差模通道；
   
（2)采用系統(tǒng)函數(shù)來(lái)描述騷擾和受擾體之間的耦合通道的特性.。
   
本文采用第一種方法進(jìn)行論述.。

2.1 共模和差模騷擾通道 
   
開關(guān)電源在由電網(wǎng)供電時(shí)，它將從電網(wǎng)取得的電能變換成另一種特性的電能供給負(fù)載。同時(shí)開關(guān)電源又是一噪聲源，通過(guò)耦合通道對(duì)電網(wǎng)、開關(guān)電源本身和其它設(shè)備產(chǎn)生騷擾。通常多采用共模和差模騷擾加以分析。
   
“共模騷擾”是指騷擾大小和方向一致，其存在于電源任何一相對(duì)大地、或中線對(duì)大地間。共模騷擾也稱為縱模騷擾、不對(duì)稱騷擾或接地騷擾。是載流體與大地之間的騷擾。
   
“差模騷擾”是指大小相等，方向相反，其存在于電源相線與中線及相線與相線之間。差模騷擾也稱為常模騷擾、橫模騷擾或?qū)ΨQ騷擾。是載流體之間的騷擾。
   
共模騷擾說(shuō)明騷擾是由輻射或串?dāng)_耦合到電路中的，而差模騷擾則說(shuō)明騷擾源于同一條電源電路的。通常這兩種騷擾是同時(shí)存在的，由于線路阻抗的不平衡，兩種騷擾在傳輸中還會(huì)相互轉(zhuǎn)化，情況十分復(fù)雜。共模騷擾主要是由|dv/dt|產(chǎn)生的，|di/dt|也產(chǎn)生一定的共模騷擾。但是，在低壓大電流的開關(guān)電源中，共模騷擾主要是由|dv/dt|產(chǎn)生的還是由|di/dt|產(chǎn)生的需要進(jìn)一步研究。

 在頻率不是很高的情況下，開關(guān)電源的騷擾源、耦合通道和受擾體實(shí)質(zhì)上構(gòu)成一多輸入多輸出的電網(wǎng)絡(luò)，而將其分解為共模和差模騷擾來(lái)研究是對(duì)上述復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的一種處理方法，這種處理方法在某種場(chǎng)合還比較合適。但是，將耦合通道分為共模和差模通道具有一定的局限性，雖然能測(cè)量出共模分量和差模分量，但共模分量和差模分量是由哪些元器件產(chǎn)生的，的確不易確定。因此有人用系統(tǒng)函數(shù)的方法來(lái)描述開關(guān)電源騷擾的耦合通道，即研究耦合通道的系統(tǒng)函數(shù)與各元器件的關(guān)系，建立耦合通道的電路模型。許多系統(tǒng)分析的結(jié)果，如靈敏度的分析、模態(tài)的分析等，都可用來(lái)研究開關(guān)電源的EMD的調(diào)試和預(yù)測(cè)。但是，用系統(tǒng)函數(shù)的方法分析騷擾的耦合通道，還需要做很多工作。

2.2 雜散參數(shù)影響耦合通道的特性 
   
在傳導(dǎo)騷擾頻段(小于30MHz)范圍內(nèi)，多數(shù)開關(guān)電源騷擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡(luò)來(lái)描述的。但是，在開關(guān)電源中的任何一個(gè)實(shí)際元器件，如電阻器、電容器、電感器乃至開關(guān)管、二極管都包含有雜散參數(shù)，且研究的頻帶愈寬，等值電路的階次愈高。因此，包括各元器件雜散參數(shù)和元器件間的耦合在內(nèi)的開關(guān)電源的等效電路將復(fù)雜得多。在高頻時(shí)，雜散參數(shù)對(duì)耦合通道的特性影響很大，分布電容的存在成為電磁騷擾的通道。另外，在開關(guān)管功率較大時(shí)，集電極一般都需加上散熱片，散熱片與開關(guān)管之間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略，它能形成面向空間的輻射騷擾和電源線傳導(dǎo)的共模騷擾。
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二、 電磁騷擾的抑制  

對(duì)開關(guān)電源的EMD的抑制措施，主要是：
   
(1)減小騷擾源的騷擾強(qiáng)度；
   
(2)切斷騷擾傳播途徑.。
   
為了達(dá)到這個(gè)目的，主要從選擇合適的開關(guān)電源電路拓?fù)洌徊捎谜_的接地、屏蔽、濾波措施。設(shè)計(jì)合理的元器件布局及印制板布線等幾個(gè)方面考慮。

1 .減小開關(guān)電源本身的騷擾 
   
減小開關(guān)電源本身的騷擾是抑制開關(guān)電源騷擾的根本，是使開關(guān)電源電磁騷擾低于規(guī)定極限值的有效方法。 
   
(1)減小功率管通、斷過(guò)程中產(chǎn)生的騷擾 
   
上面分析表明，開關(guān)電源的主要騷擾是來(lái)自功率開關(guān)管通、斷的dv/dt.因此減小功率開關(guān)管通、斷的dv/dt是減小開關(guān)電源騷擾的重要方面。人們通常認(rèn)為軟開關(guān)技術(shù)可以減小開關(guān)管通、斷的dv/dt。但是，目前的一些研究結(jié)果表明軟開關(guān)并不像人們預(yù)料的那樣，可以明顯地減小開關(guān)電源的騷擾。沒(méi)有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，軟開關(guān)變換器在EMC性能方面明顯地優(yōu)于硬開關(guān)變換器。
   
有文獻(xiàn)系統(tǒng)地研究了PWM反激式變換器、準(zhǔn)諧振零電流變頻開關(guān)正激變換器、多諧振零電壓變頻開關(guān)反激式變換器、多揩振零電壓變頻開關(guān)正激變換器、電壓箝位多諧振零電壓定頻開關(guān)反激式變換器以及半橋式零電壓變頻串聯(lián)諧振變換器的EMD特性。討論了緩沖電路、箝位電路、變頻與定頻控制對(duì)騷擾水平的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，具有電壓箝位的零電壓定頻開關(guān)變換器的EMD電平最低。 
   
因此，采用軟開關(guān)電源技術(shù)，結(jié)合合理的元器件布置及合理的印制電路板布線，對(duì)開關(guān)電源的EMD水平有一定的改善。 
   
(2)開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù) 
   
將頻率不變的調(diào)制改變?yōu)殡S機(jī)調(diào)制，變頻調(diào)制等。頻率固定不變的調(diào)制脈沖產(chǎn)生的騷擾在低頻段主要是調(diào)制頻率的諧波騷擾，低頻段的騷擾主要集中在各諧波點(diǎn)上。由F.Lin提出的開關(guān)頻率調(diào)制方法，其基本思想是通過(guò)調(diào)制開關(guān)頻率fc的方法，把集中在開關(guān)頻率fc及其諧波2fc，3fc......上的能量分散到它們周圍的頻帶上，由此降低各個(gè)頻點(diǎn)上的EMD幅值,以達(dá)到低于EMD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值、這種開關(guān)調(diào)頻PWM的方法雖然不能降低總的騷擾能量，但它把能量分散到頻點(diǎn)的基帶上，以達(dá)到各個(gè)頻點(diǎn)都不超過(guò)EMD規(guī)定的限值。

2 接地 
   
“接地”有設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)接地和設(shè)備接大地，兩者概念不同，目的也不同。“地”的經(jīng)典定義是“作為電路或系統(tǒng)基準(zhǔn)的等電位點(diǎn)或平面”。

2.1 設(shè)備的信號(hào)接地 
   
設(shè)備的信號(hào)接地，可能是以設(shè)備中的一點(diǎn)或一塊金屬來(lái)作為信號(hào)的接地參考點(diǎn)，它為設(shè)備中的所有信號(hào)提供了一個(gè)公共參考電位。 
   
在這里介紹浮地和混合接地，另外，還有單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地。
   
(1)浮地 
   
采用浮地的目的是將電路或設(shè)備與公共接地系統(tǒng)，或可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離開來(lái)。浮地還可以使不同電位間的電路配合變得容易。實(shí)現(xiàn)電路或設(shè)備浮地的方法有變壓器隔離和光電隔離。浮地的最大優(yōu)點(diǎn)是抗騷擾性能好。 
   
浮地的缺點(diǎn)是由于設(shè)備不與公共地相連，容易在兩者間造成靜電積累,當(dāng)電荷積累到一定程度后，在設(shè)備地與公共地之間的電位差可能引起劇烈的靜電放電，而成為破環(huán)性很強(qiáng)的騷擾源。
   
一個(gè)折中方案是在浮地與公共地之間跨接一個(gè)阻值很大的泄放電阻，用以釋放所積累的電荷。注意控制釋放電阻的阻抗，太低的電阻會(huì)影響設(shè)備泄漏電流的合格性。 
   
(2)混合接地 
   
混合接地使接地系統(tǒng)在低頻和高頻時(shí)呈現(xiàn)不同的特性，這在寬帶敏感電路中是必要的。電容對(duì)低頻和直流有較高的阻抗，因此能夠避免兩模塊之間的地環(huán)路形成。當(dāng)將直流地和射頻地分開時(shí)，將每個(gè)子系統(tǒng)的直流地通過(guò)10~100nF的電容器接到射頻地上，這兩種地應(yīng)在一點(diǎn)有低阻抗連接起來(lái)，連接點(diǎn)應(yīng)選在最高翻轉(zhuǎn)速度(di/dt)信號(hào)存在的點(diǎn)。

2.2 設(shè)備接大地 
   
在工程實(shí)踐中，除認(rèn)真考慮設(shè)備內(nèi)部的信號(hào)接地外，通常還將設(shè)備的信號(hào)地，機(jī)殼與大地連在一起，以大地作為設(shè)備的接地參考點(diǎn)。設(shè)備接大地的目的是：
   
(1)保證設(shè)備操作人員人身的安全.。
   
(2)泄放機(jī)箱上所積累的電荷,避免電荷積累使機(jī)箱電位升高,造成電路工作的不穩(wěn)定。 
   
(3)避免設(shè)備在外界電磁環(huán)境的作用下使設(shè)備對(duì)大地的電位發(fā)生變化，造成設(shè)備工作的不穩(wěn)定。 
   
由此可見，設(shè)備接大地除了是對(duì)人員安全、設(shè)備安全的考慮外，也是抑制騷擾發(fā)生的重要手段。

3 屏蔽 
   
抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的騷擾輻射的有效方法是屏蔽，即用電導(dǎo)率良好的材料對(duì)電場(chǎng)屏蔽，用磁導(dǎo)率高的材料對(duì)磁場(chǎng)屏蔽。為了防止脈沖變壓器的磁場(chǎng)泄露，可利用閉合環(huán)形成磁屏蔽，另外，還要對(duì)整個(gè)開關(guān)電源進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽。屏蔽應(yīng)考慮散熱和通風(fēng)問(wèn)題，屏蔽外殼上的通風(fēng)孔最好為圓形多孔，在滿足通風(fēng)的條件下，孔的數(shù)量可以多，每個(gè)孔的尺寸要盡可能小。接縫處要焊接，以保證電磁的連續(xù)性，如果采用螺釘固定，注意螺釘間距要短。屏蔽外殼的引入、引出線處要采取濾波措施，否則，這些會(huì)成為騷擾發(fā)射天線，嚴(yán)重降低屏蔽外殼的屏蔽效果。若用電場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼一定要接地。否則，將起不到屏蔽效果。若用磁場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼則不需接地。對(duì)非嵌入的外置式開關(guān)電源的外殼一定要進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽，否則，很難通過(guò)輻射騷擾測(cè)試。

4 濾波 
   
電源濾波器安裝在電源線與電子設(shè)備之間,用于抑制電源線引出的傳導(dǎo)騷擾，又可以降低從電網(wǎng)引入的傳導(dǎo)騷擾。對(duì)提高設(shè)備的可靠性有重要的作用。 
   
開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁騷擾以傳導(dǎo)騷擾為主，而傳導(dǎo)騷擾又分差模騷擾和共模干擾兩種。通常共模騷擾要比差模騷擾產(chǎn)生更大的輻射型EMD。目前抑制傳導(dǎo)EMD最有效的方法是利用無(wú)源濾波技術(shù)。 
   
作為一種雙端口網(wǎng)絡(luò)EMD濾波器，它對(duì)騷擾的抑制性能不僅取決于濾波器本身的拓?fù)洌以诤艽蟪潭壬弦彩蹺MD濾波器輸入、輸出阻抗值的影響，由于EMD濾波器阻抗和負(fù)載阻抗的可變動(dòng)性以及它們可能直接與電網(wǎng)相連的特點(diǎn)，電源EMD濾波器的輸入、輸出阻抗不但不匹配而且常常是末知的。這就造成了EMD濾波器設(shè)計(jì)不能完全應(yīng)用成熟的通信用濾波器的設(shè)計(jì)方法和理論。這是電源波波器設(shè)計(jì)面臨的主要問(wèn)題。 

5 元器件布局及印制電路板布線 
   
開關(guān)電源的輻射騷擾與電流通路中的電流大小，通路的環(huán)路面積，以及電流頻率的平方等三者的乘積成正比，即輻射騷擾。運(yùn)用這一關(guān)系的前提是通路尺寸遠(yuǎn)小于頻率的波長(zhǎng)。
   
上述關(guān)系式表明減小通路面積是減小輻射騷擾的關(guān)鍵，這是說(shuō)開關(guān)電源的元器件要彼此緊密排。在初級(jí)電路中，要求輸入端電容、晶體管和變壓器彼此靠近，且布線緊湊，在次級(jí)電路中，要求二極管、變壓器和輸出端電容彼此貼近。 
   
在印制板上，將正負(fù)載流導(dǎo)線分別布在印制板的兩面，并設(shè)法使兩個(gè)載流導(dǎo)體彼此間保持平行，因?yàn)槠叫芯o靠的正負(fù)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)是趨向于相互抵消的。 
   
布線間的電磁耦合是通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行的，因此在布線時(shí)，應(yīng)注意對(duì)電場(chǎng)與磁場(chǎng)耦合的抑制。對(duì)電場(chǎng)的抑制方法有：
   
(1)盡量增大線間距離，使電容耦合為最??；
   
(2)采用靜電屏蔽，屏蔽層要接地；
   
(3)降低敏感線路的輸入阻抗。
   
對(duì)磁場(chǎng)的抑制方法有： 
   
(1)減小騷擾源和敏感電路的環(huán)路面積； 
   
(2)增大線間距離，使耦合騷擾源與敏感電路間的互感盡可能地??；
   
(3)最好使騷擾源與敏感電路呈直角布線，以便大大降低線路間耦合。