（CWW）電子設備憑借良好的發展與廣泛的應用，功能得以不斷豐富，在為百姓生活帶來諸多便利的同時，也引發了電磁環境日趨復雜的問題。為確保電子設備可以正常工作，應積極使用電磁兼容技術。本文先對電磁兼容技術與開關電源中電磁干擾的形成進行介紹，而后重點分析高頻開關電源設計中的電磁兼容問題，希望可以為從事此類研究的朋友們提供些許建設性意見。

電磁干擾的產生與傳輸是較為復雜的，頻道擁擠的問題常常發生，已經嚴重影響到電子設備的正常工作。以開關電源中電磁干擾的形成為例，其主要包括印制電路中的電磁噪聲和晶體管、高頻變壓器以及開關管、整流管產生的電磁干擾，若未能有效處理，開關電源就會變成一個騷擾源。在近年來開展的電磁兼容技術研究中，發現通過應用電磁兼容技術可以有效抑制開關電源的電磁干擾，對提升電子產品的質量大有裨益，值得推廣應用。針對于此，本文重點談一談高頻開關電源設計中的電磁兼容問題。

電磁兼容技術概述

本文所述的電磁兼容是指設備或系統在其電磁環境中運行時，不對環境中的任何設備產生電磁騷擾。簡言之，在整個系統中，電磁設備均處于正常的工作狀態，不會受到其他電子設備的電磁干擾。在電磁兼容中，有兩方面內容需要明確：一是設備在正常運行時對環境產生的電磁干擾必須嚴格控制在一定的限值內，二是設備對所處環境的電磁干擾具有一定的抗擾能力，即電磁敏感性比較低。

伴隨著無線電與電子技術的不斷進步，電磁兼容技術得到了很好的發展與廣泛的應用，尤其是應用范圍在不斷拓展，發揮出的作用是毋庸置疑的。從本質上來說，電磁兼容技術是一種抗干擾技術。電磁干擾主要分為自然干擾和人為干擾。在自然干擾中，雷電和大氣等會對電子設備的正常運行造成很大干擾，后果較為嚴重。為了有效抵御電磁干擾，抑制電磁干擾的產生與傳輸，必須積極使用電磁兼容技術。

開關電源產生電磁干擾的機理

開關電源是一個很強的電磁騷擾源，這主要是因為其由濾波電感、高頻通斷的開關器件、輸出整流二極管、脈沖變壓器等多部分組成。

從開關管與整流管的角度來說，通常情況下開關管與整流管在高頻通斷時可以產生較大幅度的脈沖。其所產生的電磁干擾危害性很大，是一個很強的騷擾源。從高頻變壓器的角度來說，開關管負載的是高頻變壓器初級線圈，當開關管導通時，初級線圈會產生較大的浪涌電流，甚至還會出現較高的浪涌尖峰電壓。而在開關管斷開時，初級線圈存在漏磁通，導致一部分能量未能有效傳輸到次級線圈，這部分能量最終通過集電極電路中的電容、電阻形成衰減振蕩，繼而形成關斷電壓尖峰。關斷電壓尖峰與初級線圈接通時會產生反應，即磁化沖擊電流瞬變，在這種情況下輸入端和輸出端均有噪聲傳入，所形成的傳導騷擾會造成嚴重的后果，情況嚴重時可能導致開關管被擊穿。除此之外，高頻開關電流環路也有可能形成空間輻射，這主要是因為高頻開關電流環路由濾波電容、高頻變壓器初級線圈與開關管組成，會形成較為嚴重的輻射騷擾。若是未能有效控制電磁波容量，或者高頻特性不佳，則會導致電容上的高頻阻抗出現傳導問題，在交流電源中形成傳導騷擾?？梢哉f，高頻變壓器在開關電源產生電磁干擾中發揮的作用較大，且在實際處理時也有較大的難度。

從雜散參數影響耦合通道的特性來說，電路網絡可以描述多數開關電源騷擾的耦合通道，但開關電源中的元器件（如電容器、電阻器、二極管、電感器）均含有雜散參數，這也導致開關電源中的元器件較為復雜。當處于高頻狀態時，耦合通道的特性很大程度上會受到雜散參數的影響，此時分布的電容會成為電磁騷擾的通道。除此之外，當開關管功率較大時，需要在集電極加上散熱片，散熱片會對空間和電源線傳導造成電磁干擾，且這種共模騷擾的危害性是較大的。

電磁兼容技術在開關電源中的運用

設計輸入端濾波器

開關電源運行過程中產生的噪聲主要有兩種：一種是差模噪聲，另一種是共模噪聲。共模噪聲由大地與載流導體之間的電位差所導致，差模噪聲則因載流導體之間的電位差而產生。通常情況下，線路上的電磁干擾既有差模噪聲，也有共模噪聲。可考慮在電源的輸入端加入濾波器，并確保濾波器可以與電源阻抗適配，當適配水平足夠高時可以實現理想的衰減作用，此時可以得到很好的插入損耗特性。簡單來說，若噪聲源內阻是低阻抗的，則所使用的電磁干擾濾波器輸入阻抗應該是高阻抗的；若噪聲源內阻是高阻抗的，則要保證電磁干擾濾波器輸入阻抗是低阻抗的。

當前廣泛使用的電磁干擾濾波器包含差模雜訊和共模雜訊兩個部分的抑制電路，具有較好的應用效果。在設計輸入端濾波器的過程中，需要注意一點——因設備所產生的差模與共模成分是不一樣的，所以濾波電路能夠有效地增加或減少濾波元件，但需要結合實際情況認真調整電路，必須開展電磁干擾試驗，以得到最佳的電路調整效果。除此之外，在安裝濾波電路時確保接地良好，同時要隔離濾波電路的輸出端與輸入端，以求達到最佳的濾波效果。

有效預防輻射電磁干擾

在長期研究中發現，要想有效降低輻射電磁干擾值，可以考慮使用電壓緩沖電路，比如可以將RCD（剩余電流裝置）緩沖電路并聯到開關管兩端；也可以考慮使用電流緩沖電路，將20~80μH的電流串聯到開關管的集電極上。在開關電源中，功率開關管的集電極始終是一個危害較大的騷擾源，應該在集電極上接入開關管的散熱片，這樣可以讓散熱片與集電極之間的電流順利流入到主電路中。需要注意的是：要確保散熱片盡量遠離機殼，這樣可以最大限度地減少機殼與散熱片之間的分布電容，若是條件允許，可以安裝帶有屏蔽功能的散熱片。對于整流二極管來說，應優先使用恢復電荷小、反向恢復時間短的，比如可以使用肖特基管。在使用肖特基管時，為有效減少電磁干擾，應在其兩端套磁珠，同時與RC吸收網絡并聯起來?？紤]到當負荷電流增大時，二極管需要更長的時間才可以實現反向恢復，此時尖峰電流會受到較大影響，因此可以同時使用多個二極管，以降低對尖峰電流的影響。

除此之外，開關電源必須做好屏蔽處理，優先使用模塊式全密封結構，并且要確保屏蔽層可以良好接地。在長期應用過程中發現，模塊式全密封結構可以實現很好的屏蔽效果，電磁干擾被始終限制在較小的范圍內。以輻射電磁干擾值超過標準限值20dB的開關電源為例，為確保輻射電磁干擾值在限值范圍內，可以采取5種措施：一是將470pF電容并聯到所有整流二極管的兩端；二是在開關管的G極輸入端并聯50pF電容；三是將0.01μF電容并聯到各個輸出濾波電容；四是將小磁珠套到整流二極管上；五是結合實際情況改善屏蔽體的接地處理。

正確使用接地技術

在接地技術的應用中，要結合實際情況選擇有效的接地方式。在開關電源接地技術的應用中，主要進行設備的信號接地、設備接大地。在設備的信號接地中，可以使用浮地和混合接地兩種方式。以浮地方式為例，需要將電路或設備與公共接地系統隔離開，同時可以實現不同電位間的電路配合。在長期應用過程中發現，浮地方式具有良好的抗干擾性能，但也有一定的缺點，即容易導致電路與公共地之間積累靜電，當積累到一定程度后引起嚴重的靜電放電，最終演變成騷擾源。針對這一問題，可以考慮在公共地與浮地之間連接一個電阻值大的泄放電阻，以釋放所積累的電荷。

在設備接大地中，必須實現3個方面的要求：一是確保設備操作人員始終安全；二是及時泄放機箱上所積累的電荷；三是避免設備在電磁環境下對大地的電位發生變化。可以說，設備接大地不僅可以實現設備安全與人員安全，而且能夠較好地抑制電磁騷擾。

使用屏蔽技術

屏蔽技術對抑制開關電源的電磁干擾十分有效，值得推廣應用。為防止脈沖變壓器的磁場泄漏，可以考慮使用閉合環，形成磁屏蔽。另外，還需要使用電場屏蔽的方式屏蔽整個開關電源。需要注意的是：若要實現電場屏蔽，須將屏蔽外殼接地，否則無法起到屏蔽效果；但若是要進行磁場屏蔽，則不必將屏蔽外殼接地。總的來說，針對開關電源，需要重點做好4個方面的屏蔽工作：一是開關管的屏蔽；二是高頻變壓器的屏蔽；三是機殼屏蔽；四是整流二極管屏蔽，優先考慮使用光電隔離技術。

小結

電磁兼容技術在開關電源中的運用具有較高的專業性與復雜性，涉及不少專業知識，因此要格外注意。在開關電源中運用電磁兼容技術，可以將重點放在設計輸入端濾波器、預防輻射電磁干擾、使用接地技術、使用屏蔽技術4個方面，以求實現最佳的電磁兼容性設計。