崔 晓 曾 光 熊 宇 李进东

（1.广东白云学院，广东 广州 510000；2.广州东芝白云菱机电力电子有限公司，广东 广州 510000）

通常情况下，可能会干扰开关电源正常使用运行的安全隐患因素可以分为外界因素以及电源本体因素，以上2 种关键因素都会威胁到开关电源的正常操作使用，降低开关电源的安全性能。为了杜绝电磁干扰带来的影响，核心技术要点就是准确监测并分析开关电源产生干扰的原因，据此形成完善合理的电磁干扰应对操作方案。

1 开关电源中的电磁干扰问题

电磁干扰现象普遍存在于各种型号的开关电源中，开关电源如果处于电磁干扰产生频率较高的状态，那么开关电源的整体安全性能将会受到明显不利影响，甚至还会损坏开关电源，导致供电系统中断等故障。电磁脉冲干扰的关键成因就是电磁脉冲被雷电感应激发，导致形成强度较高的空间磁场。在突发性的雷电击打影响下，系统感应电压就会在很短时间里迅速增强，并且附着于金属导体。

对于开关电源来讲，常见的电源电磁干扰通常来自于外界的空间环境因素，或者产生于内部系统中的开关元器件。例如，整流器的重要系统结构组成部分可能会发出频率较高的电压干扰信号，进而导致了高次谐波电流带来程度较为明显的开关电源干扰。此外，功率变换电路也可能会直接造成系统中的谐波，明显增加射频干扰的频率幅度。电源线系统中经过的电流可能会表现为畸变现象，将会造成系统中的谐波分量频率与幅度在短时间里发生明显的改变。

电网结构体系由于受到电磁转换的强烈作用，电网体系内的不间断电源、直流驱动设备、晶闸管设备、变频驱动设备以及节能装置设备都可能出现电磁干扰情况。电网体系中的电磁干扰如果强度较高，那么还会造成电网浪涌冲击、系统电压频繁波动、谐波电磁干扰或者其他不良后果。以上现象属于电磁干扰现象，电频繁的电磁干扰会明显威胁到电网运行安全。

2 分析开关电源中的电磁干扰问题产生根源

2.1 系统外部因素

第一类为电磁脉冲干扰。EMP 也可称为电磁脉冲干扰，该类型电磁干扰成因广泛存在[1]。如果开关电源系统内部的基础设备设施比较容易接收强度较高电压，那么将会降低开关电源安全使用性能，诱发各种类型的电气安全使用与操作故障[2]。

第二类为电磁转换干扰。电磁转换干扰的关键形成来源就是电网基础设备。在现阶段的电网体系组成结构中，通常都会存在种类较为复杂的电网元件设备。从目前的状况来看，共模干扰与差模干扰都属于较为典型的外部性电磁干扰来源。电流在系统内部快速流动时，系统接地线与系统零线火线就会频繁出现噪声。此外，系统零线以及系统火线也会由于电流存在进而导致噪声。

第三类为静电放电干扰。ESD也可称为静电放电干扰，该电磁干扰的诱发因素就是带有放电性的开关电源。开关电源在频繁接收静电的情形下，开关电源范围内的MOS部件就会遭到明显威胁，进而造成了静电击穿元器件的后果。并且，局部性的开关系统持续散热现象也会减损双极晶体管的安全使用寿命，损坏系统中的数字电路。系统操作人员在错误实施开关操作时，开关电源的设计使用期限就会被显著缩短[3]。电源干扰的常见种类包含频率偏移、谐波失真、雷击或者其他自然因素导致系统瞬变、浪涌冲击或者失电现象等。开关电源的外部干扰可能会表现为差模或者共模2 种形式，某些干扰波持续较短的时间，但是另一些干扰波却会持续较长时间。

2.2 系统内部因素

从开关电源的系统内部体系组成结构来讲，电源系统中的逆变器、整流器与变压器都有可能导致电磁干扰。作为非线性的开关电源内部组成元件，系统整流器有可能会包括高次谐波或者正弦半波，进而导致了频率较高的磁场浪涌现象产生，或者导致整个电场受到强度较高的谐波干扰与侵害。电磁干扰如果是由系统整流器发出，那么该类型的电磁干扰普遍表现出脉动性、持续性与瞬时变化等特性[4]。在很多情况下，包括铜线圈与铁氧体磁芯的变压器装置设备也会诱发系统电磁干扰，同时还会伴有热噪声的现象。

系统逆变器在遇到系统内部谐波明显增强导致的影响时，会频繁发生电磁干扰。逆变器开关通常比较容易形成频率较高的浪涌噪声，根源主要在于二极管以及系统分布电容的电荷存储量产生了改变。例如对高频的1MHz 开关电源系统来讲，系统电磁干扰将会由于谐波增加而频繁发生，因此有必要将传统开关元件替换为谐振开关[5]。

对开关电源来讲，全面消除电磁干扰的关键思路在于滤除共模干扰以及差模干扰信号，因此需要借助于电容器以及储能电感（分别用符号C 与L 表示）来共同组成系统滤波电路。图1 为输入输出滤波器的开关电源电路组成结构图，其中的电感线圈应当包括可以抑制自谐振频率的分布电容， RC 缓冲器应当并联安装于二极管的位置。在合理优化开关电源滤波设计模式过程中，主要运用L1、L2、C1来表示串模噪声的滤除程度，并且运用L3、L4、C2与C3来代表共模噪声的滤除程度。

图1 输入输出滤波器的开关电源电路组成结构

3 消除开关电源电磁干扰的重要作用

在目前的状况下，各种类型的自动控制系统、外围性的网络通信基础设备、家用电器都必须配备开关电源装置。处于高频运行中的系统开关电源将会流经高强度的系统电流，同时还需要承受波动变化较为频繁的系统电压。开关电源系统由于受到以上多个层面因素的影响，会产生电磁干扰。电磁干扰信号本身具有幅度较大以及频率范围较广的特性，客观上将会明显影响电气元件的安全使用，也会污染电网环境[6]。

电磁干扰因素本身具备普遍存在的特性，电磁干扰波不易被察觉，但是多种媒介载体都可能发出特定频率与强度的电磁波。EMC 标准是通用性的设计开关电源检测技术指标，该技术指标必须要得到开关设计人员的认可。只有从根源上成功抑制电磁干扰，系统运行的环境空间才能杜绝电磁污染，有利于开关电源的安全使用。从以上角度来讲，准确地判断产生电磁干扰的根源，旨在全面消除干扰波危及开关电源安全的因素，延长开关电源的正常使用期限。

例如对反激式的开关电源而言，应当构建LISN 的导电回路，进而精确测量线路电阻值。CW1～CW6 的变压器内部寄生电容可能会产生骚扰电流，运行中的开关管（运用字母Q 表示）可能会形成骚扰电流（运用字母i表示），进而得到公式。

式中：i为骚扰电流；CW1、CW2分别为2 个变压器的内部寄生电容；U1为变压器的系统电压变化；T为时间参数。作为变压器的CW1与CW2都会产生寄生电容，并且开关管也会形成漏源电压。

表1 为经过技术整改后的开关电源系统测试结果。

表1 开关电源的电磁干扰测试结果对比

4 开关电源电磁干扰的解决措施

4.1 增设系统滤波器

静电放电因素、电磁转换因素都可以使用系统滤波器来进行消除。现阶段的系统滤波器常见种类包括源滤波器以及无源滤波器。滤波器的作用是滤除外界的干扰波，滤波器可以起到共模滤波以及差模滤波的作用，使系统滤波器在最大限度内达到滤除系统谐波污染的目标[7]。来自于开关电源内部或者电源系统外部的2 种类型电磁干扰都必须得到重视，如果没有及时判断与处理电磁干扰波，那么更多的电磁波将会进入系统运行空间，从而增加电网污染概率，导致运行事故。

4.1.1 无源滤波器

无源滤波器目前已经得到普遍的推广使用，无源滤波器具有购买成本较低以及元件数目较少的优势特征，确保将扼流圈加入电源系统内部。但是无源滤波器由于受到扼流圈的影响，那么客观上将会增加滤波器的装置体积。近些年以来，系统设计人员已经可以灵活选择印制电路板类型或者信号线类型的电源滤波器，从而取代了系统滤波器的传统规格型号。

4.1.2 有源滤波器

有源滤波器的显著技术优点体现在滤波电容得到合理控制，旨在全面优化与改善现有的系统干扰波滤除操作效果。在多数情况下，系统设计人员应当将有源滤波器加入适当区域范围内，或者借助于发射极的回路控制作用来完成系统滤波操作。系统设计人员通过科学的方法优化改进原有滤波器，客观上将会达到明显缩小纹波的效果，有益于合理控制与缩减电容体积。但是从现状来看，功率与电压较高的电源系统并不适合选择以上有源滤波器。

4.2 布置电磁屏蔽网络

电磁屏蔽网络重点在于消除外界电磁干扰，尤其是对电磁脉冲干扰可以进行全面的屏蔽操作处理。因此，布设电磁屏蔽网络的关键技术要点就是保证网络体系结构的均匀性，避免遗漏外界电磁干扰波。如果要在根本上抑制扩散性的系统电磁波，就要合理布置整体的屏蔽层。系统设计人员应当正确搭配选择具备优良导电特性的屏蔽层组成材料，妥善处理输出与输入的系统电线部位，保证接缝部位的屏蔽层坚固安全性能达标。电磁屏蔽网络构成了非常关键的干扰波屏蔽网络，开关电源系统由于具备了电磁屏蔽网络的保护层，因此能够明显消除与降低谐波干扰的侵害。在优化设计电磁屏蔽网络的体系结构时，系统设计人员必须要全面关注于电磁波的屏蔽区域部位，旨在合理分配各个区域部位的电磁波，确保达到均衡分配电磁波强度的目标。在目前的情况下，开关电源的系统设计人员重点应当选择电感器、变压器或者功率器件用于布置电磁屏蔽结构层，同时还需要借助于铁板与铜板来优化系统屏蔽处理效果，确保实现了衰减电磁波的效应[8]。

系统电磁波不仅存在明显干扰性，而且还会表现为向外蔓延与扩散的趋向。为了在根源上控制与消除电磁泄漏的安全隐患风险，技术人员必须要着眼于系统散热性的合理优化。因此首先将220V 电源输入电压误差控制在 10%以内，运用两路输出电压的方式，确保达到5V/2A 以及24V/0.5A 的输出电压最小限度标准。系统设计人员应当将系统总功率确定在 20W 左右。

4.3 优先选择性能较好的谐振开关元件

谐振开关具有使系统稳定运行的重要功能，因此需要得到企业技术人员重视。在选择谐振开关的型号种类时，关键在于将开关损耗比例限定在最小范围内。该文还介绍了干扰对抗群脉冲的FTS 专用浪涌吸收器，该类型的浪涌吸收设备元件具有优良的浪涌吸收强度、良好的系统耐压程度以及较快的运行响应速度。

系统设计人员必须要密切监测分布电容以及分布电感导致的系统谐波振荡现象，切实保证谐振开关系统的稳定性[9]。为了弥补开关损耗过高的缺陷，那么系统设计人员应当准确监测与控制开关损耗比例。在必要时，技术人员应当将光电隔离器布置在系统控制电路以及系统主电路的连接部位，进而确保达到最优的系统控制效果，抑制逐渐衰减的电磁波。具有吸收雷击浪涌功能的LSA 吸收器要将系统响应速度控制在纳秒级别，吸收浪涌电流最大强度达到 3000A 以上。光电隔离器具有防止谐波紊乱现象的重要功能。电源模块中的公共接地点可以设计为1 脚，供电端设计为2 脚，电源供电覆盖范围控制为 5 脚。系统电路电压在超出15V 时，应当准确识别振荡开关实时的变压器信号，确保开关电压限定在100kHz 以内。如果2 脚电压没有达到10V 的标准，则需要关闭芯片欠压。

在抑制反激式的系统开关电源干扰过程中，应当构建EMI 模型，经由对比测试来判断确认开关电源的外部干扰强度。在变压装置初级以及次级中间增加电容，能够准确判断回流路径，如图2 所示。因此如果能够整体减少系统耦合电容容量，那么将会达到抑制骚扰电流的效果。在设计系统时，技术人员须将系统功率因数控制在0.9 以上，降低谐波畸变的概率。如果THD 值小于10%，则系统谐波畸变范围频率较低。系统设计人员应该使校正处理后的系统功率因数保持在270V～330V，充分确保了稳定性较高的系统输出电压数值。

图2 变压器初级与次级之间增加电容得到的波形图

4.4 设置保护性接地系统

保护接地技术的本质在于连接各种接地体与金属外壳部件，彻底消除人员触电造成伤害的安全隐患。广播电视传输系统内的各种电气设备都需要配备电气金属外壳，但是电气金属外壳在长期磨损与腐蚀的情况下容易损坏，性能老化的电气绝缘外壳可能会出现电流泄漏现象。保护接地技术重点针对存在老化与腐蚀安全风险的金属外壳部位，通过设置保护性的接地网络设备来预防事故发生。

例如要准确计算封闭母线系统中的电磁干扰强度，首先针对母线中的剩余电流，应当模拟短路状态下的强度，然后计算出母线外壳的磁场最大强度的数据。在防电磁干扰的现行技术指标规定下，应当计算出最小的母线磁场允许间隔距离。进行严格的数据校验操作，最终可以得到母线分布的内在规律，确保母线网络结构系统的长期平稳与安全运行。

表2 为电磁干扰的常见产生根源以及解决控制对策。

表2 电磁干扰的常见产生根源以及解决技术手段

5 结语

经过分析，电磁干扰问题是影响开关电源正常使用的重要风险因素。电磁干扰现象如果没有得到彻底消除，那么可能会缩短电源的正常使用寿命，甚至还会造成开关电源失灵等不良后果。在处理电磁干扰的过程中，技术人员目前可以选择布置电磁屏蔽层、增设系统谐振开关、布置有源滤波器等专业技术手段，旨在全面控制电磁干扰影响，保证开关电源系统的可靠安全运行。