通常電源都會(huì)產(chǎn)生噪聲，那么怎么抑制電源噪音吶？電磁干擾濾波器也稱為EMI 濾波器，它對(duì)串模、共模干擾都起到抑制作用，能有效地抑制電網(wǎng)噪聲，提高電子設(shè)備的抗干擾能力及系統(tǒng)的可靠性，可廣泛用于電子測(cè)量?jī)x器、計(jì)算機(jī)機(jī)房設(shè)備、開關(guān)電源、測(cè)控系統(tǒng)等領(lǐng)域。
一.電源噪聲的基本概念
電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz～30MHz，最高可達(dá)150MHz。電源噪聲，特別是瞬態(tài)噪聲干擾，其上升速度快、持續(xù)時(shí)間短、電壓振幅度高、隨機(jī)性強(qiáng)，對(duì)微機(jī)和數(shù)字電路易產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。
根據(jù)傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類：
①. 一類是從電源進(jìn)線引入的外界干擾;
②. 一類是由電子設(shè)備產(chǎn)生并經(jīng)電源線傳導(dǎo)出去的噪聲。
從形成特點(diǎn)看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。
①. 串模干擾是兩條電源線之間(簡(jiǎn)稱線對(duì)線)的噪聲。
②. 共模干擾則是兩條電源線對(duì)大地(簡(jiǎn)稱線對(duì)地)的噪聲。
二.開關(guān)電源的干擾
開關(guān)電源屬于強(qiáng)干擾源，其本身產(chǎn)生的干擾直接危害著電子設(shè)備的正常工作。因此，抑制開關(guān)電源本身的電磁噪聲，同時(shí)提高其對(duì)電磁干擾的抗擾性，在設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中需要特別的關(guān)注。
開關(guān)電源的干擾一般分為兩大類：一是開關(guān)電源內(nèi)部元器件形成的干擾;二是由于外界因素影響而使開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾。
2.1 內(nèi)部元器件干擾
開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI主要是由基本整流器產(chǎn)生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產(chǎn)生的尖峰電壓干擾。
①.基本整流器的整流過程是產(chǎn)生EMI最常見的原因。這是因?yàn)楣ゎl交流正弦波通過整流后不再是單一頻率的電流，而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量，諧波(特別是高次諧波)會(huì)沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，使前端電流發(fā)生畸變，一方面使接在其前端電源線上的電流波形發(fā)生畸變，另一方面通過電源線產(chǎn)生射頻干擾。
②.功率變換電路是開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心。產(chǎn)生這種脈沖干擾的主要元件為：
a.開關(guān)管。開關(guān)管及其散熱器與外殼和電源內(nèi)部的引線間存在分布電容，當(dāng)開關(guān)管流過大的脈沖電流(大體上是矩形波)時(shí)，該波形含有許多高頻成份;同時(shí)，開關(guān)電源使用的器件參數(shù)如開關(guān)功率管的存儲(chǔ)時(shí)間，輸出級(jí)的大電流，開關(guān)整流二極管的反向恢復(fù)時(shí)間，會(huì)造成回路瞬間短路，產(chǎn)生很大短路電流，另外，開關(guān)管的負(fù)載是高頻變壓器或儲(chǔ)能電感，在開關(guān)管導(dǎo)通的瞬間，變壓器初級(jí)出現(xiàn)很大的涌流，造成尖峰噪聲。
b.高頻變壓器。 開關(guān)電源中的變壓器，用作隔離和變壓，但由于漏感的原2 因，會(huì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)噪聲;同時(shí)，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會(huì)將一次側(cè)高次諧波噪聲傳遞給次級(jí)，而變壓器對(duì)外殼的分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周圍產(chǎn)生的電磁場(chǎng)更容易在其他引線上耦合形成噪聲。
c.整流二極管。整流二極管二次側(cè)整流二極管用作高頻整流時(shí)，由于反向恢復(fù)時(shí)間的因素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時(shí)不能立即消除(因載流子的存在，還有電流流過)。一旦這個(gè)反向電流恢復(fù)時(shí)的斜率過大，流過線圈的電感就產(chǎn)生了尖峰電壓，在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾，其頻率可達(dá)幾十MHz。
d.電容、電感器和導(dǎo)線。開關(guān)電源由于工作在較高頻率，會(huì)使低頻元件特性發(fā)生變化，由此產(chǎn)生噪聲。
2.2 外部干擾
開關(guān)電源外部干擾可以以“共�！被颉安钅！狈绞酱嬖凇８蓴_類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間進(jìn)行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續(xù)噪聲或雜波以及瞬變等，電源干擾的類型如下表所示。
表 1-1 開關(guān)電源外部干擾類型表
序號(hào)干擾類型典型的起因
1跌落雷擊;重載接通;電網(wǎng)電壓低下
2失電惡劣的氣候;變壓器故障;其他原因的故障
3頻率偏移發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定;區(qū)域性電網(wǎng)故障
4電氣噪聲雷達(dá);無線電訊號(hào);電力公司和工業(yè)設(shè)備的飛弧;轉(zhuǎn)換器和逆變器
5浪涌突然減輕負(fù)載;變壓器的抽頭不恰當(dāng)
6諧波失真整流;開關(guān)負(fù)載;開關(guān)型電源;調(diào)速驅(qū)動(dòng)
7瞬變雷擊;電源線負(fù)載設(shè)備切換;功率因素補(bǔ)償電容切換;空載電動(dòng)機(jī)的斷開
在表1-1中的幾種干擾中，能夠通過電源進(jìn)行傳輸并造成設(shè)備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波，而靜電放電等干擾只要電源設(shè)備本身不產(chǎn)生停振、輸出電壓跌落等現(xiàn)象，就不會(huì)造成因電源引起的對(duì)用電設(shè)備的影響。
三.抑制干擾的一些措施
抑制電磁干擾應(yīng)該從騷擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備人手。首先應(yīng)該抑制騷擾源，直接消除干擾原因;其次是消除騷擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設(shè)備的抗擾能力，減低其對(duì)噪聲的敏感度。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。
3.1 屏蔽
采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾，即用電導(dǎo)率良好的材料對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，用磁導(dǎo)率高的材料對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽。
3.2 接地
所謂接地，就是在兩點(diǎn)間建立傳導(dǎo)通路，以便將電子設(shè)備或元器件連接到某些叫作“地”的參考點(diǎn)上。接地是開關(guān)電源設(shè)備抑制電磁干擾的重要方法，電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。在電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則，如果形成多點(diǎn)接地，會(huì)出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線穿過該環(huán)路時(shí)將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲。實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”，因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地，利用一個(gè)導(dǎo)電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后，再連接到公共參考點(diǎn)上。
3.3 濾波
濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的有效方法，在設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容設(shè)計(jì)中具有極其重要的作用。EMI濾波器作為抑制電源線傳導(dǎo)干擾的重要單元，可以抑制來自電網(wǎng)的干擾對(duì)電源本身的侵害，也可以抑制由開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán)，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。 |
