开关电源电磁干扰抑制方法浅析

　　高新技术的不断发展，电子设备的大量使用，电源作为供电部分也越来越受到人们重视。开关电源于其体积小、重量轻、效率高等特点，正逐步取代线性电源，成为电源的主流，但是，其缺点——高频工作条件下产生电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）——成为不容忽视的问题，阻碍了电源的发展。

　　EMI 信号占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经过在电路、空间中的传导和辐射,污染了周围的电磁环境，影响了与其它电子设备的电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）性。本文就电磁干扰的产生机理进行简单的介绍，重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的方法。

　　2 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。以下按噪声干扰源来做一说明；

　　2.1 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。

　　2.2 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）。

　　2.3 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。

　　2.4 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。

　　3 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器件以及与之相关联的散热器和高频变压器上，开关频率不高（从几千赫兹到几兆赫兹），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。

　　4 几种电磁干扰抑制方法

　　4.1 调制频率控制

　　调制频率（Modulate Frequency）控制是通过将开关信号的能量调制分布在一个很宽的频带上，产生一系列的分立边频带，则干扰频谱可以展开，干扰能量被分成小份分布在这些分立频段上，从而实现了对开关电源电磁干扰的抑制。

　　其主要原理是：将主开关频率进行调制，在主频带周围产生一系列的边频带，从而将噪声能量分布在很宽的频带上，降低了干扰。这种控制方法的关键是对频率进行调制，使开关能量分布在边频的范围，且幅值受调制系数 β的影响（调制系数 β=Δ f / fm，Δ f 为相邻边频带间隔，fm 为调制频率），一般 β 越大调制效果越好。其控制波形如图 1 所示。

　　图  即为一个根据调制频率原理设计的控制电路。这种控制方法可以在不影响变换器工作特性的情况下，很好地抑制开通、关断时的干扰。

　　4.2 无源缓冲电路控制

　　开关变换器中电磁干扰是在开关管开关时刻产生的。以整流二极管为例，在开通时，其导通电流不仅引起大量的开通损耗，还产生很大的 di / dt，导致电磁干扰；而在关断时，其两端的电压快速升高，有很大的 dv / dt，从而产生电磁干扰。缓冲电路不仅可以抑制开通时的 dv / dt、限制关断时的 dv / dt，还具有电路简单、成本较低的特点，因而得到了广泛应用。但是传统的缓冲电路中往往采用有源辅助开关，电路复杂不易控制，并有可能导致更高的电压或电流应力，降低了可*性。因此许多新的无源缓冲器应运而生，以下分别予以总结介绍。

　　4.2.1 二极管反向恢复电流抑制电路