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分析开关电源内部干扰的产生原因



分析开关电源内部干扰的产生原因

开关电源作为电子设备的供电装置,具有体积小、重量轻、效率高等优点,在数字电路中得到了广泛的应用,然而由于工作在高频开关状态,属于强干扰源,其本身 产生的干扰直接危害着电子设备的正常工作。因此,抑制开关电源本身的电磁噪声,同时提高其对电磁干扰的抗扰性,以保证电子设备能够长期安全可靠地工作,是 开发和设计开关电源的一个重要课题。

开关电源的干扰一般分为两大类:一是开关电源内部元器件形成的干扰;二是由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰。两者都涉及到人为因素和自然因素。

1.1 开关电源内部干扰

开关电源产生的EMI主要是由基本整流器产生的高次谐波电流干扰和功率变换电路产生的尖峰电压干扰。

1.1.1 基本整流器

基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。这是因为工频交流正弦波通过整流后不再是单一频率的电流,而变成一直流分量和一系列频率不同的谐波分量, 谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰,使前端电流发生畸变,一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变,另一方面通过电源线 产生射频干扰。

1.1.2 功率变换电路

功率变换电路是开关稳压电源的核心,它产带较宽且谐波比较丰富。产生这种脉冲干扰的主要元器件为

1)开关管开关管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容,当开关管流过大的脉冲电流(大体上是矩形波)时,该波形含有许多高频成份;同时,关电 源使用的器件参数如开关功率管的存储时间,输出级的大电流,开关整流二极管的反向恢复时间,会造成回路瞬间短路,产生很大短路电流,另外,开关管的负载是高频变压器或储能电感,在开关管导通的瞬间,变压器初级出现很大的涌流,造成尖峰噪声。

2)高频变压器开关电源中的变压器,用作隔离和变压,但由于漏感的原因,会产生电磁感应噪声;同时,在高频状况下变压器层间的分布电容会将一次侧高次谐波噪声传递给次 级,而变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通路,使变压器周围产生的电磁场更容易在其他引线上耦合形成噪声。

3)整流二极管二次侧整流二极管用作高频整流时,由于反向恢复时间的因素,往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除(因载流子的存在,还有电 流流过)。一旦这个反向电流恢复时的斜率过大,流过线圈的电感就产生了尖峰电压,在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高频干扰,其频率可达几十MHz。

4)电容、电感器和导线开关电源由于工作在较高频率,会使低频元件特性发生变化,由此产生噪声。

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