我們知道開關電源因其工作效率高、體積緊湊及輸出穩定性出色而被越來越廣泛的應用于我們日常生活中,雖然開關電源的優點很多,但是也存在著一些無法避免的缺陷,比如因為開關電源工作過程中的高頻率特性,這個優點就會導致開關電源會出現顯著的電磁干擾問題。 而電磁干擾的出現會對其附近的通信設備或者傳感器等設備產生干擾,可能會出現信號傳輸錯誤、數據丟失或者通信中斷等問題;也有可能會讓周邊的電子設備的電路產生誤動作,讓周邊電子設備死機藍屏等問題。
為了避免這些問題,我們最佳的方案是消除電磁干擾,但是事實上開關電源的電磁干擾是很難徹底消除的,所以我們能做的事情就是將電磁干擾抑制在一定的范圍內,讓電磁干擾無法干擾到其他設備和電路。
為了將電磁干擾壓制在一定范圍內,我們首先要了解電磁干擾的干擾源,經過前輩的不懈努力發現,發現干擾源的核心問題在于工作過程中產生的高di/dt和高dv/dt;這些高頻率特性引發的浪涌電流和尖峰電壓,共同構成了主要的干擾源。此外,工頻整流濾波的大電容充電放電、開關管高頻切換時的電壓變化,以及輸出整流二極管的反向恢復電流,也都會對電磁兼容性構成威脅。
經過前輩的總結,他們將電磁噪聲分為兩大類:一類是外部噪聲,如電網傳輸的共模和差模噪聲,以及外部電磁輻射對開關電源控制電路的干擾;另一類則是開關電源自身產生的電磁噪聲,如開關管和整流管電流尖峰所引發的諧波及電磁輻射干擾。
針對于外部的噪聲,我們可以通過在開關電源的輸入和輸出端安裝高性能的電磁干擾濾波器,目前比較常見的手段就是安裝共模濾波器(共模電感)和差模濾波器(差模電感),這樣可以有效的截止外部電磁干擾通過電源輸入端傳遞到開關電源內部;還有就是可以通過將開關電源安裝到金屬屏蔽罩中,并且確保屏蔽罩接地良好,形成法拉第籠效應,從而阻止外部電磁波進入電源內部。
針對于內部的電磁噪聲,我們可通過將開關電源中的功率元器件和控制元器件分開布局,這樣可以減小功率元器件對控制電路的電磁干擾;還可以通過將濾波元器件盡量靠近相對應的被濾波的會產生強電磁干擾的元器件,從而提高濾波效果,減小電磁干擾;我們還可以通過加粗電源線和地線,從而減小線路電阻和電感,降低電源線上的壓降和地線阻抗,從而減小電磁干擾傳播路徑。
目前我們有一個對內部電磁干擾抑制比較有效的手段就是采用軟開關技術,就是采用零電壓開關zvs和零電流技術zcs,這種技術可以降低開關管的導通和關斷過程中的電壓、電流變化率,從而減小電磁干擾的產生。
所以我們在設計和優化開關電源時,必須充分考慮這些電磁干擾問題。一方面,要確保開關電源不會對電網和其他電子設備造成干擾;另一方面,也要加強其自身對電磁環境的適應能力。通過深入理解和分析開關電源噪聲的產生原因和途徑,我們可以為設計出更符合電磁兼容要求的開關電源提供有力的理論支持和實踐指導。