因?yàn)殚_關(guān)電源作業(yè)在高頻開關(guān)狀況，內(nèi)部會產(chǎn)生很高的電流、電壓改變率（即高dv/dt和di/dt），導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生較強(qiáng)的電磁煩擾（EMI）。EMI信號既具有很寬的頻率規(guī)劃，又有必定的崎嶇，它不只對電網(wǎng)構(gòu)成污染，直接影響到其他用電設(shè)備的正常作業(yè)，并且作為輻射煩擾闖入空間，對空間也構(gòu)成電磁污染。因而，克制開關(guān)電源本身的電磁噪聲，一同前進(jìn)其對EMI的抗擾性，以確保電子設(shè)備可以長時間安全可靠地作業(yè)，是開發(fā)和規(guī)劃開關(guān)電源的一個重要課題。
1開關(guān)電源的根本作業(yè)原理
開關(guān)電源將市電直接整流濾波成為直流高壓，然后通過逆變器轉(zhuǎn)化成低壓的高頻交流電壓，再通過二次整流和濾波變成所需求的直流低電壓。
開關(guān)電源首要是通過整流器與電力網(wǎng)相聯(lián)接的，經(jīng)典的整流器由二極管或晶閘管組成，是一個非線性電路，在電網(wǎng)中會產(chǎn)生許多的電流諧波和無功功率而污染電網(wǎng)，影響電網(wǎng)和發(fā)電系統(tǒng)的作業(yè)效率，煩擾通訊系統(tǒng)，成為電力公害。開關(guān)電源已成為電網(wǎng)最首要的諧波源之一。
2諧波的危害及管理方法
諧波是一個數(shù)學(xué)或物理學(xué)概念，是指周期函數(shù)或周期性的波形中能用常數(shù)、與原函數(shù)的最小正周期相同的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的線性組合表達(dá)的部分。電力系統(tǒng)的諧波問題早在20世紀(jì)20年代和30年代就引起了人們的留意。
2.1諧波產(chǎn)生的原因
在志向的干凈供電系統(tǒng)中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(如：電阻)的簡略電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就構(gòu)成非正弦電流，即電路中有諧波產(chǎn)生。
2.2諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的危害
2.2.1諧波引起變壓器的損耗增加
因?yàn)樽儔浩麒F心產(chǎn)生的渦流損耗，與諧波電流次數(shù)的平方成正比，諧波次數(shù)越高，鐵損越大。諧波電流使變壓器的銅耗增加，引起部分過熱，振蕩，噪聲增大，繞組附加發(fā)熱等。這種諧波電流在產(chǎn)生諧振時的條件下對變壓器的安全運(yùn)即將構(gòu)成威脅。
2.2.2構(gòu)成電容器的過載缺點(diǎn)
電容器的容性阻抗隨頻率的增加而下降，而其負(fù)載阻抗一般是理性的，隨頻率的增高而增大；當(dāng)諧波電流的頻率升高到使電容器的容性阻抗與負(fù)載的感抗附近或相等常，會產(chǎn)生諧振，引起電流增大，構(gòu)成電容器的過載缺點(diǎn)。
2.2.3諧波引起電力系統(tǒng)功率因數(shù)下降
因?yàn)殚_關(guān)電源的接入，電力系統(tǒng)中除了基波電流外，還產(chǎn)生了各次諧波電流，諧波電流分量越大，則電網(wǎng)中的無功功率越大，設(shè)備的運(yùn)用率越低，導(dǎo)線和變壓器的損耗越大。
2.2.4對電力避雷器的影響
變電站大容量、高電壓的變壓器因?yàn)楹祥l涌流的進(jìn)程時間比較長，可以接連數(shù)秒或更長的時間，有時還會引起諧振過電壓，并使相關(guān)避雷器的放電時間過長而遭到損壞。
2.2.5對繼電保護(hù)及主動設(shè)備的影響
在諧波嚴(yán)峻超支的電弧爐負(fù)荷、電氣化鐵路等諧波含量大的部分電網(wǎng)中會遭到影響。頻頻出現(xiàn)變壓器嚴(yán)峻涌流且涌流衰減緩慢的變電站遭到涌流產(chǎn)生諧波的煩擾。繼電器或發(fā)動元件本身對諧波靈敏晶體管或集成電路保護(hù)設(shè)備的動作量非常小和動作時間非常少，因而它的發(fā)動判據(jù)簡略遭到諧波影響而出現(xiàn)較大的誤差。運(yùn)用信號過零取樣的操控系統(tǒng)及運(yùn)用數(shù)據(jù)過零點(diǎn)的數(shù)字式繼電器或微機(jī)保護(hù)，都會遭到諧波的影響和煩擾。
2.2.6對用戶電動機(jī)的工作影響
諧波電流通過交流電動機(jī)，使諧波附加損耗明顯增加，引起電動機(jī)過熱，機(jī)械振蕩和噪聲增大。當(dāng)三相電壓不對稱時，定子繞組上產(chǎn)生負(fù)序電流，并勵磁產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，該制動磁場下降了電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和過載才干，增加銅損，并且負(fù)序過電流可以將電機(jī)定子繞組燒毀。
2.2.7對用戶主動操控設(shè)備的影響
跟著數(shù)字操控技術(shù)的大規(guī)劃運(yùn)用，許多精細(xì)負(fù)載對受電電能質(zhì)量指標(biāo)提出了更高的要求。電能質(zhì)量污染對這類設(shè)備的危害首要有三個方面，即在設(shè)備的檢測模塊中引進(jìn)畸變量、煩擾正常的分析核算、導(dǎo)致差錯的輸出成果。
2.2.8對電力用戶的影響
用電設(shè)備對系統(tǒng)電源的污染會影響用電設(shè)備本身的可靠性。運(yùn)用電能質(zhì)量污染的電源，用電設(shè)備又或許成為新的污染源，而危害電力系統(tǒng)和其他用戶設(shè)備?；蛟S產(chǎn)生的影響包括：對用戶電動機(jī)產(chǎn)生影響;對用戶補(bǔ)償電容器產(chǎn)生影響;對用戶主動操控設(shè)備產(chǎn)生影響;對居民生活用電產(chǎn)生影響;對用電安全構(gòu)成威脅。
2.3諧波對電網(wǎng)產(chǎn)生的危害管理方法
2.3.1無源并聯(lián)濾波器
現(xiàn)有的諧波濾除設(shè)備大都運(yùn)用無源并聯(lián)濾波器，對每一種頻率的諧波需求運(yùn)用一組濾波器，一般需求運(yùn)用多組濾波器用以濾除不同頻率的諧波。因而，工頻是單一頻率，而諧波有無限多種頻率，可見諧波具有無限的雜亂性，運(yùn)用并聯(lián)濾波器的方法明顯無法抵擋無限頻率成分的諧波。
2.3.2無源串聯(lián)濾波器
由電感與電容串聯(lián)構(gòu)成的LC串聯(lián)濾波器，具有一個阻抗很低的串聯(lián)諧振點(diǎn)，假如咱們構(gòu)造一個串聯(lián)諧振點(diǎn)為工頻頻率的串聯(lián)濾波器，并將其串聯(lián)在線路中，就可以濾掉一切的諧波。
在三相電路中均接入串聯(lián)濾波器，因?yàn)榇?lián)帶通濾波器對基波電流的阻抗很小，而對諧波電流的阻抗很大，所以只用一組濾波器就可以濾除一切頻率的諧波。串聯(lián)濾波器關(guān)于諧振點(diǎn)頻率的電流具有極低的阻抗，關(guān)于違背諧振點(diǎn)頻率的電流，則阻抗增大，違背的越多，阻抗越大。因而，當(dāng)電容器的實(shí)踐作業(yè)電壓等于其額定電壓時，電容器的本錢最低。
當(dāng)串聯(lián)濾波器銜接在電源與諧波源之間時，諧波源的輸入電壓波形會產(chǎn)生嚴(yán)峻畸變，正時這種電壓波形的畸變使得諧波源的電流靠近正弦波。這種輸入電壓波形畸變或許會影響諧波源操控電路的正常工作，假如出現(xiàn)操控電路不能正常工作的狀況，應(yīng)該將操控電路的電源改接至串聯(lián)濾波器的前端。
2.4開關(guān)電源的電磁煩擾
依據(jù)開關(guān)電源的作業(yè)原理可知，開關(guān)電源本身就是一個很強(qiáng)的電磁煩擾源。開關(guān)電源產(chǎn)生的煩擾，按煩擾源品種，可分為尖峰煩擾和諧波煩擾兩種；若按耦合通路來分，可分為傳導(dǎo)煩擾和輻射煩擾兩種。
2.4.1一次整流器
一次整流器的整流進(jìn)程是產(chǎn)生EMI最常見的原因。
2.4.2二次整流電路
整流二極管在正向?qū)〞rPN結(jié)內(nèi)的電荷被堆集。因?yàn)槎O管作業(yè)在高頻通斷狀況，當(dāng)二極管加反向電壓時，堆集的電荷不能當(dāng)即消失，然后產(chǎn)生反向浪涌電流。
2.4.3高頻開關(guān)變壓器
變壓器型功率轉(zhuǎn)化電路用以完結(jié)變壓、變頻以及完結(jié)輸出電壓調(diào)整，是開關(guān)穩(wěn)壓電源的中心部分，首要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。它產(chǎn)生的尖峰電壓是一種有較大崎嶇的窄脈沖，其頻率較寬且諧波比較豐富。產(chǎn)生這種脈沖煩擾的首要原因是：
（1）開關(guān)管的負(fù)載是高頻變壓器的初級線圈，是理性負(fù)載。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時，由電磁感應(yīng)定律可知，初級線圈中會產(chǎn)生很大的尖峰脈沖電壓，構(gòu)成煩擾。
（2）當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，高頻變壓器線圈中產(chǎn)生電動勢e=-Ldu/dt，儲存在電感中的能量和集電極的電阻、電容構(gòu)成阻尼振蕩，疊加在關(guān)斷電壓上，構(gòu)成關(guān)斷電壓尖峰。該諧波電壓通過電線不只會影響變壓器的初級線圈，還會回來配電系統(tǒng)，構(gòu)成電網(wǎng)諧波煩擾。
（3）由高頻變壓器的初級線圈、開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流回路或許產(chǎn)生較大的輻射煩擾。一同，若濾波電容的濾波缺乏或高頻特性欠好，則高頻電流通過一次整流回路以差模煩擾的方法進(jìn)入電網(wǎng)。
2.4操控電路引起的電磁煩擾
操控電路中周期性的高頻脈沖信號，如振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號等將產(chǎn)生高頻高次諧波，對周圍電路產(chǎn)生電磁煩擾。
2.5雜散參數(shù)影響產(chǎn)生的電磁煩擾
在傳導(dǎo)煩擾頻段，多數(shù)開關(guān)電源煩擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡(luò)來描繪的。但是，在開關(guān)電源中的任何一個實(shí)踐元器件，如電阻器、電容器、電感器乃至開關(guān)管、二極管都包括有雜散參數(shù)，且研究的頻帶愈寬，等值電路的階次愈高，因而，包括各元器件雜散參數(shù)和元器件間的耦合在內(nèi)的開關(guān)電源的等效電路將雜亂得多。
開關(guān)電源電磁煩擾的克制
構(gòu)成電磁煩擾的三要素是煩擾源、傳達(dá)途徑和受擾設(shè)備。因而，克制電磁煩擾也應(yīng)該從這三方面下手，采納恰當(dāng)方法。首要應(yīng)該克制煩擾源，直接消除煩擾原因；其次是消除煩擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，堵截電磁煩擾的傳達(dá)途徑；第三是前進(jìn)受擾設(shè)備的抗擾才干，減低其對噪聲的靈敏度。
濾波性能
1.開關(guān)電源濾波器概論
濾波器的功能就是容許某一部分頻率的信號順利的通過，而別的一部分頻率的信號則遭到較大的克制，它實(shí)質(zhì)上是一個選頻電路。濾波器中，把信號可以通過的頻率規(guī)劃，稱為通頻帶或通帶；反之，信號遭到很大衰減或徹底被克制的頻率規(guī)劃稱為阻帶；通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率；志向?yàn)V波器在通帶內(nèi)的電壓增益為常數(shù)，在阻帶內(nèi)的電壓增益為零；實(shí)踐濾波器的通帶和阻帶之間存在必定頻率規(guī)劃的過渡帶。
2.開關(guān)電源濾波器的分類
1、按所處理的信號
按所處理的信號分為模仿濾波器和數(shù)字濾波器兩種。
2、按所通過信號的頻段
按所通過信號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。
低通濾波器：它容許信號中的低頻或直流分量通過，克制高頻分量或煩擾和噪聲。
高通濾波器：它容許信號中的高頻分量通過，克制低頻或直流分量。
帶通濾波器：它容許必定頻段的信號通過，克制低于或高于該頻段的信號、煩擾和噪聲。
帶阻濾波器：它克制必定頻段內(nèi)的信號，容許該頻段以外的信號通過。
3按開關(guān)電源所選用的元器件
按開關(guān)電源所選用的元器件分為無源和有源濾波器兩種。
（1）無源開關(guān)電源濾波器
無源濾波器僅由無源元件(R、L和C)組成的濾波器，它是運(yùn)用電容和電感元件的電抗隨頻率的改變而改變的原理構(gòu)成的。
（2）有源開關(guān)電源濾波器
有源濾波器由無源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運(yùn)算擴(kuò)展器）組成。這類濾波器的長處是：通帶內(nèi)的信號不只沒有能量損耗，并且還可以擴(kuò)展，負(fù)載效應(yīng)不明顯，多級相聯(lián)時相互影響很小，運(yùn)用級聯(lián)的簡略方法很簡略構(gòu)成高階濾波器，并且濾波器的體積小、分量輕、不需求磁屏蔽(因?yàn)椴贿\(yùn)用電感元件）。
開關(guān)電源的濾波器安放方位
（3）板上濾波器設(shè)備在線路板上
依據(jù)濾波器的安放方位不同，一般分為板上濾波器和面板濾波器。板上濾波器設(shè)備在線路板上。其首要原因是：濾波器的輸入與輸出之間沒有阻隔，簡略產(chǎn)生耦合；濾波器的接地阻抗不是很低，削弱了高頻旁路作用；濾波器與機(jī)箱之間的一段連線會產(chǎn)生兩種不良作用：一個是機(jī)箱內(nèi)部空間的電磁煩擾會直接感應(yīng)到這段線上，沿著電纜傳出機(jī)箱，憑借電纜輻射，使濾波器失效；另一個是外界煩擾在被板上濾波器濾波之前，憑借這段線產(chǎn)生輻射，或直接與開關(guān)電源線路板上的電路產(chǎn)生耦合，構(gòu)成靈敏度問題；
（4）面板開關(guān)電源濾波器
濾波陣列板、濾波銜接器等面板濾波器一般都直接設(shè)備在屏蔽機(jī)箱的金屬面板上。因?yàn)橹苯釉O(shè)備在金屬面板上，濾波器的輸入與輸出之間徹底阻隔，接地良好，開關(guān)電源電纜上的煩擾在開關(guān)電源機(jī)箱端口上被濾除，因而濾波作用相當(dāng)志向。缺陷是有必要在規(guī)劃初期考慮設(shè)備所需的合作結(jié)構(gòu)。
2屏蔽功能
屏蔽技術(shù)源于歐洲,它是在一般非屏蔽開關(guān)電源布線系統(tǒng)的外面加上金屬屏蔽層,運(yùn)用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應(yīng)完結(jié)防止電磁煩擾及電磁輻射的功能,屏蔽技術(shù)綜合運(yùn)用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽作用,因而具有非常好的電磁兼容(EMC)特性。在我國越來越多的用戶，尤其是涉及到保密和輻射劇烈的項(xiàng)目，開始重視和運(yùn)用屏蔽系統(tǒng)，乃至是六類屏蔽系統(tǒng)。屏蔽技術(shù)具有一套無缺的屏蔽、接地理論和產(chǎn)品系列，提供最無缺、最全面的電纜、部件及端到端全屏蔽解決方案以滿意當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)日益前進(jìn)的需求。頻率越高，趨膚深度越小，即電磁波的穿透才干越弱)有用地防止外部電磁煩擾進(jìn)入電纜，同時也阻撓內(nèi)部信號輻射出去煩擾其它設(shè)備的作業(yè)。
1接地
電子電氣設(shè)備有許多需求接地的部位,因?yàn)殡娐返男再|(zhì)和接地的目的不同有必要加以嚴(yán)格的差異,需求分成若干獨(dú)立的子系統(tǒng),然后銜接在一同進(jìn)行總接地。設(shè)備接大地的目的首要有設(shè)備的安全接地,對設(shè)備操作人員完結(jié)安全保護(hù)。
2電路方法
2.1吸收電路
開關(guān)電源產(chǎn)生EMI的首要原因是電壓和電流的急劇改變,因而需求盡或許地下降電路中電壓和電流的改變率(du/dt和di/dt)。選用吸收電路可以克制EMI,其根本原理就是在開關(guān)關(guān)斷時為其提供旁路,吸收積蓄在寄生散布參數(shù)中的能量,然后克制煩擾的產(chǎn)生。
2.2軟開關(guān)技術(shù)
軟開關(guān)技術(shù)的根本思想是在原有的硬開關(guān)電路中增加電感和電容元件,運(yùn)用電感和電容的諧振,下降開關(guān)進(jìn)程中的du/dt和di/dt,使開關(guān)器件注冊時電壓的下降先于電流的上升,或關(guān)斷時電流的下降先于電壓的上升,來消除電壓和電流的堆疊。在志向狀況下,這樣不只減小了開關(guān)損耗,還可以大大減小EMI電平。
2.3EMI濾波
EMI濾波技術(shù)是克制煩擾的一種有用方法,尤其是在克制開關(guān)電源的傳導(dǎo)煩擾方面,具有明顯的作用。開關(guān)電源的傳導(dǎo)煩擾可分為共模煩擾和差模煩擾。共模煩擾存在于相線與地線間及中線與地線間,其電流在相線與中外,在運(yùn)用EMI濾波器時還要考慮濾波器的設(shè)備質(zhì)量。
2.4開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)
頻率固定不變的調(diào)制脈沖產(chǎn)生的煩擾在低頻段首要是調(diào)制頻率的諧波煩擾,且這些煩擾首要會集的各諧波點(diǎn)上。
運(yùn)用頻率調(diào)制技術(shù)下降開關(guān)電源EMI電平的根本思想是:通過調(diào)制開關(guān)頻率fc的方法把會集在fc,2fc,3fc,…上的能量分散到它們周圍的頻帶上,由此下降各個頻率點(diǎn)上的EMI幅值,然后完結(jié)EMI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限定值,但是圖中方法卻不能下降總的煩擾能量。線一同存在,大小相等,流向相同。差模煩擾是在相線與中線間存在的煩擾。其電流在相線與中線一同存在,大小相同,流向相反。無論是共模煩擾仍是差模煩擾,都能運(yùn)用EMI濾波器克制。因?yàn)?/span>,通過對開關(guān)電源煩擾的分析和實(shí)測可知,開關(guān)電源的煩擾頻率和頻域要比電網(wǎng)頻率高得多和寬得多。
通過緩沖吸收電路可以延緩功率開關(guān)電源器件的通斷進(jìn)程,然后下降開關(guān)電源的EMI電平,但一同會因?yàn)楦郊拥奈针娐返膿p耗,導(dǎo)致電源總效率的下降。另一種下降開關(guān)電源EMI電平的方法是選擇適宜的驅(qū)動電路參數(shù),使得驅(qū)動電路不只可以滿意開關(guān)管的正常導(dǎo)通的要求,還能操控開關(guān)注冊和分?jǐn)鄷r其上電壓電流的改變率。這樣可以維持電路功能不變的一同下降EMI電平。從優(yōu)化驅(qū)動電路規(guī)劃的視點(diǎn)改進(jìn)開關(guān)電源的EMC,是近年來展開的一個新方向。
開關(guān)電源在實(shí)踐工作環(huán)境中,必然會遭到多種多樣的電磁煩擾。在煩擾嚴(yán)峻的場合會使系統(tǒng)無法作業(yè)。本文扼要地介紹了數(shù)字系統(tǒng)的煩擾來歷和噪聲耦合途徑,全面地闡述了屏蔽、接地、去耦、濾波、阻隔、完結(jié)阻抗匹配或選用傳輸線驅(qū)動器、接收器等削弱煩擾源、堵截?zé)_源對系統(tǒng)的耦合通道,以及前進(jìn)電路本身的抗煩擾才干的方法。
