繼開關電源的技術發展及應用普及開來,以其體積小、重量輕、轉換效率高、可遠程遙控的特點,已經逐漸替代了原來線性電源的位置,廣泛應用于醫療、工控、電力、通訊、軍工及民用等各個行業領域。
但是在很多場合,開關電源,特別是通開關電源要有很強的抗電磁干擾能力,如對浪涌、電壓波動的適應能力,對靜電、電場、磁場及電磁波等的抗干擾能力,保證自身能夠正常工作以及對設備供電的穩定性。
繼開關電源的技術發展及應用普及開來,以其體積小、重量輕、轉換效率高、可遠程遙控的特點,已經逐漸替代了原來線性電源的位置,廣泛應用于醫療、工控、電力、通訊、軍工及民用等各個行業領域。
但是在很多場合,開關電源,特別是通開關電源要有很強的抗電磁干擾能力,如對浪涌、電壓波動的適應能力,對靜電、電場、磁場及電磁波等的抗干擾能力,保證自身能夠正常工作以及對設備供電的穩定性。
一方面,因開關電源內部的功率開關管、整流或續流二極管及主功率變壓器,是在高頻開關的方式下工作,其電壓電流波形多為方波。在高壓大電流的方波切換過程中,將產生嚴重的諧波電壓及電流。這些諧波電壓及電流,一方面通過電源輸入線或開關電源的輸出線傳出,對與電源在同一電網上供電的其它設備及電網產生干擾,使設備不能正常工作。
另一方面,嚴重的諧波電壓電流在開關電源內部產生電磁干擾,從而造成開關電源內部工作的不穩定,使電源的性能降低。還有部分應用場所的電磁場很強,他們通過線性傳導,或是輻射電磁場,通過空間傳播的方式,對電源本身也有影響。
因此,我們除了要考慮電源本身的輻射對別的設備的干擾,也要考慮電源本身對別的發射源的抗干擾能力。專業一點的話說,就是我們既要考慮電源的EMI,也要考慮電源的EMS。
目前,我國對電磁兼容性標準的研究比較晚,采取的最主要的辦法是引進、消化、吸收,洋為中用是國內電磁兼容性標準制訂的最主要方法。1998年,信息產業部根據CISPR22、IEC61000系列標準及ITU-T0.41標準,制定了YD/T983-1998《通信電源設備電磁兼容性限值及測量方法》,詳盡規定了通信電源設備包括通信開關電源的電磁兼容性的具體測試項目、要求及測試方法,為通信電源電磁兼容性的檢驗、達標并通過入網檢測明確了設計目標。
國標也等同采用了相應的國際標準。如GB/T17626.1~12系列標準等同采用了IEC61000系列標準;GB9254-1998《信息技術設備的無線電干擾限值及測量方法》等同采用CISPR22;GB/T17618-1998《信息技術設備抗擾度限值和測量方法》等同采用CISPR24。
電磁兼容產生的3個要素為:干擾源、傳播途徑及受干擾體。
開關電源因工作在開關狀態下,其引起的電磁兼容性問題是相當復雜的。我們從開關電源的組成原理來分析其產生電磁干擾的原由。
開關電源的種類很多,按電路結構可分為串聯式和直流變換式兩種;按激勵方式可分為自激和他激兩種;按開關管的組合可分為單管、全橋、半橋、推挽,等等。然而,無論何種類型的開關電源,均是利用半導體器件作為開關,以開和關的時間比例來控制輸出電壓的高低。由于開關電源的工作頻率都在幾十至幾百kHz,所以線路中的電流和電壓變化率都很大,產生了很大的電磁干擾,它們會通過電源線以共模和差模的方式向外傳輸干擾,同時也會向周圍空間輻射干擾。
輸入整流回路、開關回路、次級整流回路、控制回路、分布電容等都是導致EMI難以過關的主要原因,當然還有其他的一些如PCB線路設計不合理、結構設計不合理,輸入輸出的電源線的布線不合理、檢測電路的不合理都可能成為EMI參數不好的原因。
電磁兼容性研究及解決方法
電磁兼容性的研究。一般運用CISPR16及IEC61000中規定的電磁場檢測儀器及各種干擾信號模擬器、附助設備,在標準測試場地或實驗室內部,通過詳盡的測試分析、結合對電路性能的理解來進行分析研究。
從電磁兼容性的三要素講,要解決開關電源的電磁兼容性,可從3個方面入手:
(1)減小干擾源產生的干擾信號;
(2)切斷干擾信號的傳播途徑;
(3)增強受干擾體的抗干擾能力。
在解決開關電源內部的電磁兼容性時,可以綜合運用上述3個方法,以成本效益比及實施的難易性為前提。
對開關電源產生的對外干擾,如電源線諧波電流、電源線傳導干擾、電磁場輻射干擾等,只能用減小干擾源的方法來解決。一方面,可以增強輸入輸出濾波電路的設計,改善有源功率因數校正(APFC)電路的性能,減少開關管及整流續流二極管的電壓電流變化率,采用各種軟開關電路拓撲及控制方式等。另一方面,加強機殼的屏蔽效果,改善機殼的縫隙泄漏,并進行良好的接地處理。