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開關(guān)電源產(chǎn)生EMI原因分析及抗干擾對策

鉅大LARGE  |  點擊量:1048次  |  2019年12月29日  

開關(guān)式穩(wěn)壓電源的體積小、重量輕、效率高、穩(wěn)壓范圍寬且安全可靠,在很多電子設(shè)備中被采用。但是,它像其他電路一樣同樣存在一些問題,如控制電路復(fù)雜,較高的工作頻率會對電視機、收音機等產(chǎn)生電磁輻射干擾使得收音機出現(xiàn)噪聲、電視機出現(xiàn)噪波點,甚至還會通過反饋干擾其他電子設(shè)備的正常工作。


1.超音頻振蕩的干擾問題


開關(guān)式穩(wěn)壓電源的工作頻率多為20-100kHz,屬于超音頻范圍。作為該電源的開關(guān)調(diào)整器件晶體管或場效應(yīng)晶體管以相應(yīng)的頻率工作在導通與截止狀態(tài),振蕩波形近似于方波(還存在過沖),根據(jù)傅里葉分析法可以進行分解,即得到直流分量、基波和高次諧波,基波的能量最大,其次是三次、五次、七次……等等。


2.無線電廣播與電磁干擾的關(guān)系


眾所周知,無線電廣播是利用調(diào)制的方法來傳播信息的。音頻信號對高頻載被采用幅度調(diào)制(AM)和頻率調(diào)制(FM)的方法,然后通過發(fā)射天線將調(diào)制波以電磁披的形式輻射出去,無線電接收設(shè)備是通過接收天線將它們接收下來s再經(jīng)選頻、變頻、放大和解調(diào),還原成為音頻信號,最后通過低頻功放,由揚聲器放出聲音。如果只有高頻載波而無音頻范圍的調(diào)制信號,那么它的能量再大,無線電接收設(shè)備也不會通過揚聲器還原出任何聲音信息的。由此可以想到,僅僅是超音頻方披干擾的存在(超音頻振蕩的下限頻率為15k!氈,已在人耳的可聽范圍之外),產(chǎn)生的高次諧波也不會成為我們通過收音機昕到音頻范圍的干擾信號,而實際上這種干擾有時卻是很嚴重的,可能在整個中波、短波范圍都出現(xiàn)強烈的噪聲,那么干擾來自哪里呢?開關(guān)式穩(wěn)壓電源存在著音頻范圍的干擾信號,并且調(diào)制了超音頻振蕩的各次諧波,以類似于無線電廣播的方式干擾收音機等設(shè)備,是干擾的重要來源。


3.直接整流電容濾波電路的特點


采用直接對交流電源進行整流濾波方式的高頻開關(guān)式穩(wěn)壓電源,交流輸入電壓為220V、50Hz,一般采用橋式整流電路,然后經(jīng)電解電容器濾波,變成100Hz的鋸齒形脈動直流電壓,提供給該開關(guān)式穩(wěn)壓電源。


由圖中可以看到,交流供電電源的作用是每Wms向電解電容器充電一次,以補充開關(guān)電路消耗的能量,從電壓的波形上來看為鋸齒形,但是從電流的波形上來看卻是脈沖形的,它們都是非正弦周期量,包含有豐富的諧波,并且絕大部分在音頻范圍(20-20000Hz),其中l(wèi)00Hz的成分很可能是產(chǎn)生音頻干擾的重要來源。


同樣,根據(jù)傅里葉分析法,這個非正弦周期函數(shù)可以分解成為基波和高次諧波,其能量主要集中在基波附近,高次諧波的能量很少。由于它的峰峰值較小(僅僅為幾伏到幾卡伏),如果能夠通過某些電路元件(如LC網(wǎng)絡(luò)等)以電磁波的形式發(fā)射出去,對收音機等元線電接收設(shè)備的干擾是比較小的。以中波波段(531-1611kHz)中的1000kHz頻率為例,1∞Hz脈沖形電流中的1則kHz諧波才與之諧振,該頻率上的能量幾乎為零,除非將收音機緊貼其放置,否則不可能出現(xiàn)干擾。但是實際上許多收音機在距離該開關(guān)式穩(wěn)壓電源較遠的位置仍然可以出現(xiàn)干擾,原因是什么呢?可以通過下面的分析得出結(jié)論。


用低頻信號去調(diào)制高頻載波的幅度,使高頻載波的整體包絡(luò)線與低頻信號的變化規(guī)律相同,這就是調(diào)幅,相應(yīng)的已調(diào)波就是調(diào)幅波。如果低頻信號是單一頻率的正弦波,高頻載波也是單一頻率的正弦波,兩者通過調(diào)制作用得到調(diào)幅波,根據(jù)幅度調(diào)制原理,低頻信號的幅度與高頻載波信號的幅度比小于1:3的情況下,載波的包絡(luò)線基本與低頻信號類似。如果低頻信號是多個頻率,則調(diào)幅波的頻譜即為載波和上下兩個邊頻帶。開關(guān)式穩(wěn)壓電源的低頻脈沖幅度較小而高頻開關(guān)脈沖的幅度較大,在開關(guān)式穩(wěn)壓電源內(nèi)部這種調(diào)幅作用必然會發(fā)生,因此該電源所產(chǎn)生的電磁輻射就是調(diào)幅干擾波,由于兩者都包含豐富的基波和諧波。交叉調(diào)制的結(jié)果使得干擾遍布在超音頻以上很寬的頻率范圍內(nèi),所以會在中、短波范圍內(nèi)昕到強烈的干擾聲音,而且這種干擾幾乎遍布整個波段。


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