通信開關電源的EMI／EMC設計

1引言

通信開關電源一般都采用脈沖寬度調制（PWM）技術，其特點是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高，另外還有體積小、重量輕、具有遠程監控等優點，因此被廣泛地應用于程控交換、光數據傳輸、無線基站、有線電視系統及IP網絡中，是信息技術設備正常工作的核心動力。然而，由于其開關器件工作在高頻通斷狀態，高頻的快速瞬變過程本身就是電磁干擾（EMD）源，他產生的電磁干擾EMI信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經傳導和輻射會污染電磁環境，對通信設備和電子產品造成干擾。同時，通信開關電源要有很強的抗電磁干擾的能力，特別是對雷擊、浪涌、電網電壓、電場、磁場、電磁波、靜電放電、脈沖串、電壓跌落、射頻電磁場傳導抗擾性、輻射抗擾性、傳導發射、輻射發射等項目需要滿足有關，常常產生高頻高壓的尖峰諧波振蕩，該諧波振蕩產生的高次諧通過開關管與散熱器問的分布電容傳人內部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。

如圖1所示，電網中含有的共模和差模噪聲對開關電源產生干擾，開關電源在受到電磁干擾的同時也對電網其他設備以及負載產生電磁干擾，例如返回噪聲、輸出噪聲和輻射干擾等。進行開關電源EMI／EMC設計時，一方面要防止開關電源對電網和附近的電子設備產生干擾；另一方面要加強開關電源本身對電磁干擾環境的適應能力。下面用等效電路分別介紹共模和差模干擾產生的原因及路徑。

如圖2所示，當開關管轉為“關”時，集電極與發射極間的電壓快速上升到500 V，他產生的電流經集電極與地之間的分布電容返回整流橋，這個按開關頻率工作的脈沖串電流是共模噪聲。這個電壓會引起共模電流Icm2向CP2充電和共模電流Icm1向CP1充電，其中CP1為變壓器初、次級之間的分布電容，CP2為開關電源與散熱器之間的分布電容（即開關管集電極與地之間的分布電容）。則線路中共模電流總大小為Icm1+Icm2。如圖3所示，當開關管轉為“開”時，儲能電容Cs的能量由AC電網和整流橋提供，他被開關管變換器的快速開關頻率所變換，并通過變壓器形成脈沖電流IL，他具有非常豐富的開關頻率諧波。儲能電容不是一個純電容，他有串聯電阻和電感。當整流橋處開關管“開”時，在AC電網端，IL會產生一個由電容的L，R，C所呈現的阻抗電壓，這就是開關電源產生差模發射源的原理。差模電流Idm和信號電流IL沿著導線、變壓器初級、開關管組成的回路流通。