楊天義  裴鋒
海峽之聲廣播電臺  

　　開關電源具有體積小、效率高等一系列優點，在廣播設備中廣泛應用，例如我臺發射機激勵器、臺式電腦以及調音臺等設備，但因其會產生較強的電磁干擾，容易對電網和廣播設備的穩定工作造成不利影響。作為廣播技術維護工作者，應了解和掌握開關電源產生電磁干擾的機理以及相應的抑制措施，切斷干擾的傳播途徑，提高其抗干擾性，以保證開關電源和外圍電路更穩定的工作。

　　一．開關電源產生電磁干擾的原因

　　1.開關管產生的電磁干擾

　　主開關管是開關電源的核心器件，同時也是干擾源，其干擾強度直接與工作頻率相關。隨著開關管工作頻率的升高，電壓電流切換速度加快，其傳導干擾和輻射干擾也隨之增加。在開關電源工作過程中，由初級濾波大電容C、脈沖變壓器初級線圈和開關管構成了一個高頻電流環路。由于開關管的負載高頻變壓器的初級線圈是一個感性負載，所以，開關管通斷時在高頻變壓器初級的兩端會出現很強的尖峰噪聲從而造成干擾。

　　2．電源線引入的電磁噪聲

　　電源線噪聲是電網中各種用電設備產生的電磁干擾沿著電源線傳播所造成的，抑制電源線的噪聲對開關電源的穩定工作至關重要。電源線的噪聲分為兩大類：共模干擾和差模干擾。共模干擾的定義為任何載流導體與參考地之間產生的不希望有的電位差；差模干擾定義為任何兩個載流導體之間產生的不希望有的電位差。共模干擾電流不通過地線而通過輸入電源線傳輸，而差模干擾電流通過地線和輸入電源線回路傳輸。所以，設置電源線濾波器時要考慮到差模干擾與共模干擾的區別，在其傳輸途徑上使用差模或共模濾波元件抑制這些干擾，以達到最好的濾波效果。

　　3．整流二極管引起的噪聲干擾

　　開關電源的輸入級普遍采用橋式整流，電容濾波。在沒有功率校正功能的輸入級，由于整流二極管的非線性和濾波電容的儲能作用，二極管的導通角變小，輸入電流成為一個時間很短、峰值很高的周期性尖峰電流。這種畸變的電流除了包含基波分量以外還含有豐富的高次諧波分量，這些高次諧波分量注入電網會引起嚴重的諧波污染。另外，在二極管的整流回路中，二極管由阻斷狀態到導通狀態的轉換過程中，會產生一個很高的電壓尖峰；由導通狀態到阻斷狀態的轉換過程中，存在一個反向恢復時間。在反向恢復過程中，由于二極管封裝電感及引線電感的存在，將產生一個反向電壓尖峰。由于少子的存儲與復合效應，會產生瞬變的反向恢復電流尖峰，這種快速的電流、電壓突變是二極管產生電磁干擾的根源。

　　4．PCB布板及寄生參數引起的噪聲

　　印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布置，印刷板上器件的安裝放置不合理都會造成電磁干擾。特別是在開關電源維修過程中，替代器件的規格、焊點的處理、屏蔽層的螺絲松緊程度等細節問題都會加劇產生電磁干擾。在開關電源中，有些信號包含豐富的高頻分量，因而任何一條引線都可能成為天線。引線的長和寬決定了它們的電阻和電感量，進而影響它們的頻率響應。開關電源的分布參數也易形成干擾，開關電源和散熱器之間的分布電容、變壓器初次級之間的分布電容、原副邊的漏感等都是噪聲源。共模干擾就是通過變壓器初、次級之間的分布電容以及開關電源與散熱器之間的分布電容傳輸的。

　　二．開關電源抑制的方法及措施

　　1．減小開關電源本身干擾
開關電源的主要干擾來自功率開關管通斷時的du/dt，因此，減小功率開關管通斷的du/dt是抑制開關電源電磁干擾的重要措施。人們通常認為軟開關技術可以減小開關管通斷的du/dt。軟開關技術的基本思想就是在原有的硬開關電路中增加電感和電容元件，利用電感和電容的諧振，降低開關過程中的du/dt和di/dt，使開關器件開通時電壓的下降先于電流的上升或關斷時電流的下降先于電壓的上升，以消除電壓和電流的重疊。在理想情況下這樣不僅減小了開關損耗，還可以大大減小電磁干擾電平。此外，軟開關電路不同于一般的吸收電路，它能夠在降低電磁干擾影響的同時減小開關損耗。因此，采用軟開關電源技術，結合合理的元器件布置及印制電路板布線，對開關電源的電磁兼容性能可以有很大的改善。

　　2.電磁屏蔽

　　在實際工作中抑制開關的電磁干擾最常用的有效方法就是電磁屏蔽，即用導電性能良好的材料對電場進行屏蔽，用磁導率高的材料對磁場進行屏蔽。另外還要對整個開關電源進行電場屏蔽，屏蔽應考慮通風和散熱問題，屏蔽外殼上的通風孔最好為圓形。為了滿足通風要求，孔的數量可以增多，但每個孔的尺寸要盡可能小。屏蔽外殼的引入引出線要采取濾波措施，否則這些會成為干擾的發射天線，嚴重降低屏蔽外殼的屏蔽效果。若用電場屏蔽，屏蔽外殼一定要接地；若用磁場屏蔽外殼則不需要接地；對嵌入的外置式開關電源外殼一定要進行電場屏蔽。

　　功率開關管和輸出二極管通常因為功耗較大而加裝散熱器或直接安裝在電源底板上。由于絕緣片的存在，器件和散熱器及底板之間會產生分布電容。開關電源底板一般是交流電源的地線，因而會將電磁干擾通過此分布電容耦合到交流輸入端產生共模干擾。解決這個問題的辦法是在兩個絕緣片之間夾一層屏蔽片并接到直流負端，切斷射頻干擾向輸入電網傳播的途徑。應該注意的是，無論是絕緣片還是屏蔽片，導熱性能一定要好。

　　開關電源的連接線、電源線都應該使用具有屏蔽層的導線，盡量防止外部干擾耦合到電路中。或者使用磁珠、磁環等電磁兼容元件，濾除電源及信號線的高頻干擾，但是要注意信號頻率不能受到電磁兼容元件的干擾，也就是說信號頻率要在濾波器的通帶之內。整個開關電源的外殼也需要有良好的屏蔽特性，接縫處要符合電磁兼容規定的屏蔽要求。通過上述措施保證開關電源既不受外部電磁環境的干擾也不會對外部電子設備產生干擾。

　　3．PCB布局

　　就開關電源器件本身而言，應將所有通過高頻電流的印制線設計得盡可能短而寬，印制線的長度與其表現出的電感量和阻抗成正比，而寬度則與印制線的電感量和阻抗成反比。根據印制線通過電流的大小，盡量加大印制線寬度，減少環路電阻。其次，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響，應遵循“一點接地”原則，利用一個導電平面底板或多層印制板電路的導電平面層作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統中，應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后，再連接到公共參考點上。對于數字I C電源端來說，要將模擬電路區和數字電路區合理地分開，電源線和地線單獨引出，電源供給處匯集到一點。器件應多選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長度，以減小元件分布電感的影響。 [Page]

　　三．結束語

　　隨著開關電源的體積越來越小、功率密度越來越大，電磁兼容問題已成為影響開關電源穩定性的一個關鍵因素。在廣播設備日常維護中，我們應通過觀察具體線路來領會設計者的最初設計思路，并與具體應用相結合，在分析開關電源產生電磁干擾的機理之上，綜合運用各種手段來改善開關電源電磁兼容性能，盡可能降低開關電源的電磁干擾，以保證廣播設備安全優質播出。B&P