通信開關(guān)電源的EMI／EMC設(shè)計

1引言

通信開關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）技術(shù)，其特點是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高，另外還有體積小、重量輕、具有遠程監(jiān)控等優(yōu)點，因此被廣泛地應(yīng)用于程控交換、光數(shù)據(jù)傳輸、無線基站、有線電視系統(tǒng)及IP網(wǎng)絡(luò)中，是信息技術(shù)設(shè)備正常工作的核心動力。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程本身就是電磁干擾（EMD）源，他產(chǎn)生的電磁干擾EMI信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經(jīng)傳導和輻射會污染電磁環(huán)境，對通信設(shè)備和電子產(chǎn)品造成干擾。同時，通信開關(guān)電源要有很強的抗電磁干擾的能力，特別是對雷擊、浪涌、電網(wǎng)電壓、電場、磁場、電磁波、靜電放電、脈沖串、電壓跌落、射頻電磁場傳導抗擾性、輻射抗擾性、傳導發(fā)射、輻射發(fā)射等項目需要滿足有關(guān)，常常產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波振蕩，該諧波振蕩產(chǎn)生的高次諧通過開關(guān)管與散熱器問的分布電容傳人內(nèi)部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。

如圖1所示，電網(wǎng)中含有的共模和差模噪聲對開關(guān)電源產(chǎn)生干擾，開關(guān)電源在受到電磁干擾的同時也對電網(wǎng)其他設(shè)備以及負載產(chǎn)生電磁干擾，例如返回噪聲、輸出噪聲和輻射干擾等。進行開關(guān)電源EMI／EMC設(shè)計時，一方面要防止開關(guān)電源對電網(wǎng)和附近的電子設(shè)備產(chǎn)生干擾；另一方面要加強開關(guān)電源本身對電磁干擾環(huán)境的適應(yīng)能力。下面用等效電路分別介紹共模和差模干擾產(chǎn)生的原因及路徑。

如圖2所示，當開關(guān)管轉(zhuǎn)為“關(guān)”時，集電極與發(fā)射極間的電壓快速上升到500 V，他產(chǎn)生的電流經(jīng)集電極與地之間的分布電容返回整流橋，這個按開關(guān)頻率工作的脈沖串電流是共模噪聲。這個電壓會引起共模電流Icm2向CP2充電和共模電流Icm1向CP1充電，其中CP1為變壓器初、次級之間的分布電容，CP2為開關(guān)電源與散熱器之間的分布電容（即開關(guān)管集電極與地之間的分布電容）。則線路中共模電流總大小為Icm1+Icm2。如圖3所示，當開關(guān)管轉(zhuǎn)為“開”時，儲能電容Cs的能量由AC電網(wǎng)和整流橋提供，他被開關(guān)管變換器的快速開關(guān)頻率所變換，并通過變壓器形成脈沖電流IL，他具有非常豐富的開關(guān)頻率諧波。儲能電容不是一個純電容，他有串聯(lián)電阻和電感。當整流橋處開關(guān)管“開”時，在AC電網(wǎng)端，IL會產(chǎn)生一個由電容的L，R，C所呈現(xiàn)的阻抗電壓，這就是開關(guān)電源產(chǎn)生差模發(fā)射源的原理。差模電流Idm和信號電流IL沿著導線、變壓器初級、開關(guān)管組成的回路流通。