0 引言

　　開關(guān)電源一般都采用脈沖寬度調(diào)制（pwm）技術(shù)，其特點是頻率高，效率高，功率密度高，可靠性高。然而，由于其開關(guān)器件工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程本身就是一電磁騷擾（emd）源，它產(chǎn)生的emi信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度。若把這種電源直接用于數(shù)字設(shè)備，則設(shè)備產(chǎn)生的emi信號會變得更加強烈和復(fù)雜。

　　本文從開關(guān)電源的工作原理出發(fā)，探討抑制傳導(dǎo)干擾的emi濾波器的設(shè)計以及對輻射emi的抑制。

　　1 開關(guān)電源產(chǎn)生emi的機理

　　數(shù)字設(shè)備中的邏輯關(guān)系是用脈沖信號來表示的。為便于分析，把這種脈沖信號適當簡化，用圖1所示的脈沖串表示。根據(jù)傅里葉級數(shù)展開的方法，可用式（1）計算出信號所有各次諧波的電平。

a_n=2v_o（1）

　　n=1，2，3…

　　式中：a_n為脈沖中第n次諧波的電平；

v_o為脈沖的電平；

t為脈沖串的周期；

t_w為脈沖寬度；

t_r為脈沖的上升時間和下降時間。

圖1 脈沖信號

　　開關(guān)電源具有各式各樣的電路形式，但它們的核心部分都是一個高電壓、大電流的受控脈沖信號源。假定某pwm開關(guān)電源脈沖信號的主要參數(shù)為：v_o=500v，t=2×10^－5s，t_w=10^－5s，t_r=0.4×10^－6s，則其諧波電平如圖2所示。

　　圖2中開關(guān)電源內(nèi)脈沖信號產(chǎn)生的諧波電平，對于其他電子設(shè)備來說即是emi信號，這些諧波電平可以從對電源線的傳導(dǎo)干擾（頻率范圍為0.15～30mhz）和電場輻射干擾（頻率范圍為30～1000mhz）的測量中反映出來。

　　在圖2中，基波電平約160dbμv，500mhz約30dbμv，所以，要把開關(guān)電源的emi電平都控制在標準規(guī)定的限值內(nèi)，是有一定難度的。

圖2 開關(guān)電源的諧波電平

　　2 開關(guān)電源emi濾波器的電路設(shè)計

　　當開關(guān)電源的諧波電平在低頻段（頻率范圍0.15～30mhz）表現(xiàn)在電源線上時，稱之為傳導(dǎo)干擾。要抑制傳導(dǎo)干擾相對比較容易，只要使用適當?shù)膃mi濾波器，就能將其在電源線上的emi信號電平抑制在相關(guān)標準規(guī)定的限值內(nèi)。

　　要使emi濾波器對emi信號有最佳的衰減性能，則濾波器阻抗應(yīng)與電源阻抗失配，失配越厲害，實現(xiàn)的衰減越理想，得到的插入損耗特性就越好。也就是說，如果噪音源內(nèi)阻是低阻抗的，則與之對接的emi濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是高阻抗（如電感量很大的串聯(lián)電感）；如果噪音源內(nèi)阻是高阻抗的，則emi濾波器的輸入阻抗應(yīng)該是低阻抗（如容量很大的并聯(lián)電容）。這個原則也是設(shè)計抑制開關(guān)電源emi濾波器必須遵循的。

　　幾乎所有設(shè)備的傳導(dǎo)干擾都包含共模噪音和差模噪音，開關(guān)電源也不例外。共模干擾是由于載流導(dǎo)體與大地之間的電位差產(chǎn)生的，其特點是兩條線上的雜訊電壓是同電位同向的；而差模干擾則是由于載流導(dǎo)體之間的電位差產(chǎn)生的，其特點是兩條線上的雜訊電壓是同電位反向的。通常，線路上干擾電壓的這兩種分量是同時存在的。由于線路阻抗的不平衡，兩種分量在傳輸中會互相轉(zhuǎn)變，情況十分復(fù)雜。典型的emi濾波器包含了共模雜訊和差模雜訊兩部分的抑制電路，如圖3所示。

圖3 電源濾波器

　　圖中：差模抑制電容c_x1，c_x2 0.1～0.47μf；

差模抑制電感l₁，l₂ 100～130μh；

共模抑制電容c_y1，c_y2 <10000pf；

共模抑制電感l 15～25mh。

　　設(shè)計時，必須使共模濾波電路和差模濾波電路的諧振頻率明顯低于開關(guān)電源的工作頻率，一般要低于10khz，即

f=<10khz