6.2 開關電源的電磁騷擾發射原因分析

如圖6.1所示為開關電源的主要部分，用于說明電源中電磁騷擾的產生與耦合途徑。

6.2.1 輸入整流回路

在輸入整流回路中，整流管VD1～VD4只有在脈動電壓超過輸入濾波電容C8上的電壓的時候才能導通，電流才從市電電源輸入，并對C8進行充電。一旦C8上的電壓高于市電電源的瞬時電壓，整流管便截止。所以輸入整流回路的電流是脈沖性質的，有著豐富的高次諧波電流。輸入電流與市電電源電壓的不同步，還導致了開關電源的功率因數低下，一般只在0.65左右。

6.2.2 開關回路

開關電源工作時，開關管Q處在高頻通斷狀態，經由高頻變壓器T初級線圈、開關管Q和輸入濾波電容C8形成了一個高頻電流環路。這個環路的存在，就可能對空間形成電磁輻射。輻射騷擾的強度（包括電場和磁場騷擾）與IAf2的乘積成正比。其中，I是高頻電流環路中的電流強度；A是環路所包圍的面積；f是電流頻率。注意，運用上述關系的條件是回路的尺寸遠小于頻率分量的波長。此外，式中電流是由配套電子設備對電源的要求而定的；頻率則由電源的重量、濾波要求和系統效率來確定。

輸入濾波電容C8對電磁騷擾的形成也有一定影響，如果C8的電容量不足夠大，則對輸入濾波就感不足，這時高頻電流還會以差模方式傳導到交流電源中去。

此外，開關回路中，開關管驅動的負載是高頻變壓器的初級線圈，是電感性的。由于高頻變壓器結構不是完全理想，除了初級電感外，還存在一定的漏電感。所以在開關管關斷的瞬間，變壓器中儲存的能量不能100%地傳送到次級，結果在高頻變壓器的漏電感上感應了出一個尖峰高電壓，如果尖峰有足夠高的幅度，那么很有可能會導致開關管Q被擊穿。

6.2.3 次級整流回路

開關電源在工作時，次級整流回路的VD5也處于高頻通斷狀態。高頻變壓器次級線圈、整流二極管VD5和濾波電容C9構成了高頻開關電流的環路。由于有這個環路的存在，同樣也有可能對空間形成電磁輻射。

次級整流回路中的二極管在正向導通時PN結被充電；在加反向電壓時，積累的電荷將被拋散，并因此產生反向電流，這個過程非常短暫。所以在有分布電感（如變壓器的漏感等）和分布電容（如二極管的結電容等）存在的回路里，實際上構成了一個高頻的諧振電路，當二極管截止瞬間的電流變化非常劇烈時，在整個次級整流回路中會產生高頻衰減振蕩。其后果是：① 如果振蕩的幅度超過整流二極管的反向擊穿電壓，就可能導致整流二極管被擊穿；②即使整流二極管不被擊穿，在次級回路中的高頻振蕩現象也會成為對外界的差模輻射；③ 在開關電源輸出端的直流濾波電容，由于濾波電容中存在的等效串聯電感削弱了電容本身的旁路作用，所以在開關電源輸出端會出現頻率很高的尖峰干擾（在示波器的屏幕上展開觀察，就是高頻衰減振蕩），如圖6.2所示。

6.2.4 控制回路

在控制回路中，脈沖控制信號是主要的騷擾源，只不過與其他各項騷擾信號比較起來，控制回路的這點騷擾也就算不了什么了。

6.2.5 由分布電容引起的騷擾

1.初級回路開關管外殼與散熱器的容性耦合引起的共模傳導騷擾

初級回路中開關管外殼與散熱器之間的容性耦合會在電源輸入端產生傳導的共模騷擾。該共模傳導的途徑形成一個環路，該環路始于高du/dt的散熱器和安全接地線，通過交流電源的高頻導納和輸入電源線（相線和中線）返回。

對初級電路來說，經整流后的直流電壓為300V左右，直流變換器就在這個電壓下工作。對于開關電源中的開關管來說，開關波形上升與下降時間做到100ns的情況并不困難，因此，開關波形的電壓變化率實際上達到了300V/100ns或3kV/1μs。當用硅酯涂復的導熱絕緣墊片墊在開關管與散熱器之間時，開關晶體管的管殼與散熱器之間的分布電容大約為50pF，所以波形瞬變時經過分布電容流到散熱器，最后進入安全地的共模瞬變電流要達到

I=C×du/dt=50×10-12×（3000/10-6）=150mA

2.高頻變壓器初次級之間分布電容引起的共模傳導騷擾

共模干擾是一種相對大地的干擾，所以它不會通過變壓器“電生磁和磁生電”的機理來傳遞，而必須通過變壓器繞組間的耦合電容傳遞。而在開關電源的高頻變壓器初次級之間存在著分布電容是個不爭的事實，我們用一個裝置電容（裝置對地的分布電容）來與整個開關電源等效，就得到了如圖6.3所示的干擾通路，共模干擾通過變壓器的耦合電容，經過裝置電容再返回大地的。于是就得到一個由變壓器耦合電容與裝置電容構成的分壓器，共模電壓就按照分壓器中電容量的大小來分壓，分到的電壓為

e2=e1Z2/Z

至此已簡略地討論了開關電源的電磁騷擾起因，由此形成的電磁騷擾有射頻輻射性質的，也有射頻傳導性質的，當然也還有諧波電流的發生問題。

但是從開關電源的工作情況看，電磁騷擾發射的起因主要還是來源于晶體管的逆變工作狀態（開關晶體管、高頻變壓器和輸出整流回路在工作時產生這種du/dt和di/dt變化率很大以及輻度很大的電壓和電流脈沖）。就目前的晶體管開關速度看，逆變器的工作頻率大體上都設計在幾十kHz至幾百kHz范圍內，即使考慮了逆變器工作所形成的高次諧波，其諧波的主要高頻成分也只有幾十兆赫茲，一般不會超過200MHz，因此是屬于“窄頻”性質的騷擾，而且騷擾的頻率相對偏低。