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1、总第卷第期电测与仪表 年第期 ： ：； （） ； ； ； 单片开关电源的电磁兼容性设计 沙占友， 王彦朋， 唱春来， 张英 （河北科技大学， 石家庄） 摘要： 介绍了单片开关电源的电磁兼容性 （） 设计， 内容包括对电磁干扰波形和电路模型进 行分析， 以及滤波器的电路设计。 关键词： 电磁兼容性； 电磁干扰； 共模； 串模；滤波器 中图分类号：，文献标识码：文章编号：（） （） ， ， ， ， 引言 单片开关电源工作在高频、 高压、 大电流的开关 状态， 所产生的电磁干扰亦分共模干扰、 串模干扰两 种， 并以传导或辐射的方式向外部传播。 单片开关电 源的电磁兼容性设计，就是要把电磁干扰衰减到允
2、 许限度之内， 使之不影响电子设备的正常工作。 电磁干扰的波形分析 反馈式单片开关电源的简化电路和电磁干扰波 形分别如图、 图所示。 图中为直流输入电压，为高频变压器 的初级电流。 设漏源极电压为， 输出 整流管上的电压为。是次级电流，为负载。 图 中分别给出、和的电磁干扰波形。 下面对这种波形加以分析。 初级电流是在导通时开始形成并 沿着斜坡上升， 达到峰值。值由直流输入电压 、 初级电感、 开关频率和占空比来决定。该 梯形电流波形的基频为开关频率， 谐波即干扰波形。 初级串模干扰电流经过初级绕组、和 形成回路。 当电流环路面积较大时，还能向外辐射图单片开关电源简化电路及电磁干扰波形 （）
3、简化电路 （）种电磁干扰波形 总第卷第期电测与仪表 年第期 共模干扰。 电压波形的特点是，其电压变化率 （ ） 很高， 受变压器漏感、输出电容和变压器 分 布 电 容 等 分 布 参 数 的 影 响 ，在 的频率范围内形成振铃。 当关断时， 次级上就有电流通过， 并且从峰值开始， 然后线性下降， 下降速率由次 级电感和输出电压来决定。下降过程中形成 的振铃， 在时间上与相对应， 振铃频率仍为。 也具有电压变化率高、 上升沿和下降沿陡峭 的特点。其峰值电压由变压器和输出整流管的分布 电 容 所 决定 。振 铃 干 扰 波形 的 频 率 变 化 是 。 造成电磁干扰的电路模型 共模干扰的电路模型
4、造成共模干扰的电路模型如图所示。 图造成共模干扰的电路模型 共模干扰主要是由漏源极电压和输出整 流管电压而产生的。 图中，是与交流电源输 入端相并联的耦合电容；是整流桥中只 整流管的等效电容；为输入滤波电容，其等效串 联电感和等效串联电阻分别用、表示； 均为高频变压器的分布电容。其中，和分别 为初级、 次级绕组的分布电容， 二者组合起来可产 生的谐波频率。是初级、 次级 绕组之间的各种分布电容。为的输 出电容，和依次为漏极、次级对地的分布电 容。 上述电容会造成个干扰电流：、 和。这个电流相叠加后， 有一部分被抵消掉， 剩下的高频电流即形成共模干扰。 共模干扰可由滤波器中的共模扼流圈进 行抑制
5、。共模扼流圈的电感量通常取。为 减小分布电容， 印制板上的相关导线应尽量短捷。 串模干扰的电路模型 串模干扰的电路模型如图所示，图为其 等效电路。 图中，为串模电容，和是两个 串模扼流圈；为输入滤波电容的等效串联电 阻。图中， 两条电源线上对地的电压用表示， 正半周时电压极性如图所示。 不难看出， 串模干扰电 流的方向是从一条电源线流入单片开关电源，再从 另一条电源线流出的。由、和构成的串模 干扰滤波器能对串模干扰起到抑制作用。 举例说明， 在、开关电源模块中， 实取 ， 。 和可以是分立电感，也可以是从共模干扰扼流 （） 电路模型（） 等效电路 图串模干扰的电路模型 美国公司产品资料， 沙占
6、友实用数字化测量技术 国防工业出版社， 作者简介： 沙占友 （） ， 男， 教授，年毕业于南开大学， 主要从事数字化 测量及仪器仪表领域的教学与科研工作。已出版专著部， 发表学 术论文余篇。 收稿日期： （周广义编发） 圈上分离出来的等效串联电感。加串模干扰滤波器 后， 串模干扰的基波电压为， 二次谐波降为 。 注意，在测量共模扼流圈一个绕组的等效串模 电感时， 应将另一绕组短路， 并且要将测量值除以 才是（或） 电感量。 滤波器的电路设计 单片开关电源常用的滤波器电路 为减小体积和降低成本，单片开关电源一般采 用简易式单级滤波器，典型电路如图、 图 、 图、 图所示， 图中为共模扼流圈。 图
7、 中与图中的电容器能滤除串模干扰，区别仅 是图中将电容器接在输入端， 图则接到输 出端。图、 图所示电路较复杂， 抑制电磁干扰 的效果更佳。图中的、和用来滤除共模干 扰，和滤除串模干扰。为泄放电阻，可将 上积累的电荷泄放掉，避免因电荷积累而影响滤波 特性；断电后还能使电源的进线端、不带电， 保 证用户的安全。图则是把共模干扰滤波电容 和接在输出端。 图单片开关电源常用的滤波器电路 总第卷第期电测与仪表 年第期 滤波器 能有效抑 制单片开关 电 源的 电 磁干扰。图中为不加滤波器时开关电源上 传导噪声的波形 （即电磁干扰峰值 包络线） 。图中是插入如图所示滤波器 后的波形， 电磁干扰大约被衰减。
8、 图中为 加上如图所示滤波器后的波形，能衰减约 。显然， 后一种滤波器的效果 最佳。 元器件选择 滤波电容应选自谐振频率很高的陶瓷电容器。 电容器的耐压值应足够高， 通常选。输出端滤 波电容上还加有尖峰电压， 其耐压值可选。 扼 流圈分共模、 串模两种， 通常采用共模扼流圈。它实 际是由共模电感、 串模泄漏电感这两部分构成， 因此 它对串模干扰也有一定的抑制作用。其优点是能同 时起到共模扼流圈、 串模扼流圈两种作用， 而成本并 未增加。共模扼流圈的线径要能承受可能发生的浪 涌电流。串模扼流圈仅适用于以下的低功率开 关电源，它是两个分立的铁氧体磁环线圈或螺线管 线圈构成的。 参考文献： （） 不加滤波器；（） 加滤波器；（） 加滤波器； 图加滤波前、 后干扰波形的比较 （）