開關電源產生電磁干擾(EMI)的原因主要與其工作方式有關。開關電源通過高頻開關來控制能量的轉換和傳輸,這種快速切換會在電源內部和周圍空間產生電磁場,從而引起電磁干擾。以下是一些詳細的原因:
1. 高頻開關電流和電壓:開關電源中的開關元件(如晶體管、MOSFET等)以高頻(通常在幾十千赫茲到幾百千赫茲)進行開關操作。這些快速切換會產生陡峭的電流和電壓波形,其包含豐富的高頻諧波分量。這些諧波可以通過電源線路、電源外殼以及連接線纜輻射出去,對周圍的電子設備造成干擾。
2. 寄生參數:所有電子元件都有一定的寄生電感、電容和電阻。在高頻開關過程中,這些寄生參數會與開關元件相互作用,形成振蕩電路,產生高頻振蕩。這些振蕩信號同樣會通過輻射或傳導的方式對外產生干擾。
3. 二極管反向恢復:在開關電源中,二極管常用于整流和續流。當二極管從導通狀態變為截止狀態時,會有一段時間的反向恢復過程,這個過程中二極管內部的電荷需要重新分布,可能會產生較大的瞬時電流,進而產生電磁干擾。
4. 開關節點的電壓跳變:開關電源中的開關節點在開關過程中會經歷快速的電壓變化。這些電壓跳變點可以看作是電磁干擾的發射源,它們通過電源內部的布線、PCB走線等向外界輻射電磁波。
5. 電源布局和布線:不合理的電源布局和布線會增加電磁干擾的風險。例如,高功率的開關節點與敏感的信號線過于靠近,或者沒有采取適當的屏蔽措施,都會導致電磁干擾的產生和傳播。
開關電源在EMI(電磁干擾)控制方面主要采用濾波技術、屏蔽技術、密封技術和接地技術。EMI干擾可以分為傳導干擾和輻射干擾兩種類型,其中開關電源主要面臨的是傳導干擾,其頻率范圍相當廣泛,大約從10kHz到30MHz。
為了有效抑制這種傳導干擾,對策通常針對三個不同的頻段:10kHz至150kHz、150kHz至10MHz以及10MHz以上的頻段進行解決。在10kHz至150kHz的范圍內,常態干擾占主導地位,一般可以通過使用通用的LC濾波器來處理。
而在150kHz至10MHz的范圍內,共模干擾更為常見,這時通常需要采用共模抑制濾波器來進行應對。對于10MHz以上的高頻段,改進濾波器的設計和實施電磁屏蔽措施是常見的解決策略。通過這些綜合性的措施,可以顯著降低開關電源產生的EMI,確保其符合相關的電磁兼容性標準。
為了減少開關電源產生的電磁干擾,通常需要采取一系列的抑制措施,包括使用濾波器(如電感、電容、壓敏電阻等)、優化PCB布局和布線、采用屏蔽和接地技術、以及符合EMC標準的設計和測試等。通過這些方法,可以有效降低開關電源對環境和其他電子設備的電磁干擾影響。
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