高频开关电源的干扰及抑制

网络教育学院《电源技术》课程设计

题目：高频开关电源的干扰及抑制

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学生：程剑

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完成日期：年月日

目录

设计简介及要求 (1)

1 高频开关电源的干扰原理分析 (1)

1.1 高频开关电源工作原理 (1)

1.2 高频开关电源干扰的来源 (2)

1.3 高频开关电源干扰的存在形式及危害 (2)

2 高频开关电源干扰的抑制技术 (2)

2.1 滤波技术 (2)

2.2 屏蔽技术 (3)

2.3 软开关技术 (3)

2.4 扩频调制技术 (3)

2.5 PCB 设计技术 (3)

2.6 接地技术 (3)

3 高频开关电源及滤波器设计 (3)

3.1 高频开关电源设计要求 (3)

3.2 高频开关电源设计方案 (3)

3.3 电源滤波器设计 (3)

3.3.1 EMI滤波器的基本形式 (4)

3.3.2 EMI滤波器的设计原则 (4)

3 总结 (4)

设计简介及要求

现代社会中，人类生活的各个方面都离不开电子设备的发展。电子设备大多数都依赖于开关电源来提供稳定的电力供应。开关电源以其高效率、低损耗、小体积等特点，近年来快速发展，在通信设备、医疗设备以及信息处理设备等不同领域中广泛应用，取得了巨大成就。由于开关电源工作在高频开关状态，内部会产生很高的电流、电压变化率(即高dv/dt和di/dt)，导致开关电源产生较强的电磁干扰(EMI)。在有限的空间及频谱资源条件下，随着电子设备密集程度不断增加，空间的电磁环境越来越复杂。为了适应对电子产品电磁兼容性能指标的高要求，需要对电磁兼容采取重视;同时，要研究开发电磁兼容新技术，采取有效的防护措施。所以，对于开关电源来说，电磁兼容问题的研究是十分必要的。EMI信号既具有很宽的频率范围，又有一定的幅度，它不仅对电网造成污染，直接影响到其他用电设备的正常工作，而且作为辐射干扰闯人空间，对空间也造成电磁污染。目前，抑制开关电源的EMI提高开关电源的质量使之符合EMC标准已成为开关电源设计者越来越关注的问题。

本次设计就此问题展开分析，主要要求有以下几点：

（1）围绕开关电源的工作原理，分析开关电源工作过程中产生电磁干扰的原因及抑制措施。

（2）介绍开关电源的基本原理、干扰来源及抑制措施。

（3）分析开关电源产生电磁辐射干扰的原因及造成的危害。

（4）论述开关电源电磁干扰的抑制方法。

1 高频开关电源的干扰原理分析

由于开关电源具有效率高、容易实现小型化的优点，所以目前被广泛应用在电子设备中。但是开关电源本身就是噪声源，在工作时会产生干扰，这就需要采取措施对其产生的噪声进行抑制。目前开关电源的体积不断追求小型化，开关频率也随之提高，导致噪声不断增加。要保证开关电源设备的正常工作，就需要对噪声的抑制加以重视。

1.1 高频开关电源工作原理

开关电源将市电直接整流滤波成为直流高压，然后通过逆变器转换成低压的高频交流电压，再经过二次整流和滤波变成所需要的直流低电压。考虑到目前大量应用的开关电源都是采取AC/DC-DC/DC级联的形式，因此，图1所示的开关电源结构具有较强的代表性。

图1 典型开关电源电路结构

交流电网电压经第一次的整流和滤波平滑后变成直流电压作为DC/DC变换器的输入电压。然后，通过二次整流滤波得到输出直流电压，即为所需要的负载电压。采样电压与基准电压进行比较，将比较差值放大后用以调节开关控制脉冲的占空比，从而调节变换电路中功率变换开关的通断比来稳定输出电压。

1.2 高频开关电源干扰的来源

开关电源上的干扰主要来源于如开关管、二极管、高频变压器这些电压、电流变化大的器件。其主要的干扰源主要有二个方面，开关电路产生的电磁干扰，整流电路产生的干扰以及高频变压器形成的辐射干扰。

开关电源中的干扰主要来源于开关电路产生的电磁干扰。开关电源中的开关电路主要是由开关管和高频变压器组成。开关管工作在高电压大电流的切换状态，在其由断开转变为导通状态时，开关管负载上的变压器初级线圈上形成浪涌尖峰电压;由导通转变为断开状态时，则会形成浪涌电流，构成传导干扰。

干扰的另一来源是整流电路中的二极管，在其截止状态时产生尖峰状反向电流，它与二极管结电容以及引线电感等形成阻尼正弦振荡，也含有大量的谐波成分，产生较强的高频干扰成为干扰的来源之一。

·1.3高频开关电源干扰的存在形式及危害

2 高频开关电源干扰的抑制技术

开关电源的EMI 抑制技术除屏蔽、接地等常用方法外，一些新技术，如：EMI 滤波器技术、共模干扰有源抑制技术、软开关技术、功率管优化驱动技术、扩频调制技术等均有研究和发展。

2.1 滤波技术

在设计和选用滤波器时应注意频率特性、耐压性能、额定电流、阻抗特性、屏蔽和可靠性。滤波器的安装正确与否对其插入损耗特性影响很大，只有安装位置恰当，安装方法正确，才能对干扰起到预期的滤波作用。在安装滤波器时，应考虑安装位置，输入输出侧的配线必须屏蔽隔离以及高频接地和搭接方法。

2.2 屏蔽技术

2.3 软开关技术

2.4 扩频调制技术

2.5 PCB 设计技术

2.6 接地技术

3 高频开关电源及滤波器设计

3.1 高频开关电源设计要求

根据以上所述，本次开关电源设计要求为：

（1）工作温度：-20℃～+55℃。

（2）输入电压：3/N/PE～380/220V 50Hz。

其中：输入电压范围：AC323～AC437V

输入频率范围：46～54Hz

（3）输入端功率因数≥0.90。

（4）额定输出电压：DC28V；输出电压调整范围：DC20V～DC32V。

（5）额定输出功率为12KW。

（6）输出纹波电压为：不大于150mV（峰峰值，含尖峰噪声）。

（7）整机工作效率：不小于80%。

3.2 高频开关电源设计方案

3.3 电源滤波器设计

电源滤波器又称为电源线滤波器(Power Line Filter)，安插在电源线和设备之间，用来抑制射频信号传播，可以毫无衰减的把直流、50Hz、400Hz等直流或者低频电源功率传送到用电设备，并能够显著地衰减经电源线传入的传导骚扰信号，防止其进入电源，危害其他设备。电源滤波器同时也是一种双向滤波器，既能有效阻止外界的电磁干扰经电源线进入设备，又能阻挡设备自身工作中产生的电磁骚扰经电源线进入电网，从而传送到其他敏感设备，所以电源线滤波器是抗干扰和干扰抑制中都用得着的一种器件。