1.4.1 开关电源电磁干扰的类型及来源

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;按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。产生干扰的典型来源主要有以下6个方面。

1. 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而产生干扰。

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为传导干扰(也称为传导噪声,也就是噪声电流);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. 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,是一种周期性的波形,也就是说,包含高频边缘的脉冲信号在可预知的脉冲重复频率(PRF)下重复。对于矩形波脉冲串,周期的倒数决定了波形的基波频率。一个矩形的傅里叶变换中包含大量基频的谐波。两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数给出了这些边缘引起频率分量的频率,典型值在兆赫范围,而它的谐波频率就更高了。功率开关管在截止期间,高频变压器各绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。

3. 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通过,在其受反偏电压而转变为截止时,由于PN结中有较多的截流子积累,故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小而发生很大的电流变化,由此就会引起干扰。

4. 输入功率电路产生的干扰

输入功率电路包括功率开关、变压器的一次绕组和输入滤波电容。因为输入滤波电路的带宽远低于电源开关频率,输入滤波电容提供电源需要的梯形电流波形。

5. 散热片引起的干扰

安装散热片会引起差模噪声的传导。因为散热片一般和接地线相连,功率开关或整流器产生的噪声就会由容性的耦合通过散热片绝缘衬垫流入接地线形成干扰。

6. 其他原因引起的干扰

元器件的寄生参数,开关电源的原理图设计不够完善,印制线路板(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,并且印制板上元器件的安装、位置、体积,以及方位的不合理均会造成电磁干扰。

作为工作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间及与之相连的散热器和变压器中,相对于数字电路干扰源的位置较为清楚;开关频率不高(从几十千赫和数兆赫),主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印制线路板下走线通常采用手工布线,具有很大的随意性,这就增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。