摘要：高频大功率的电源会产生严重的电磁干扰，影响周边元器件的正常工作，不利于电子设备的正常运行。开关电源电磁干扰的产生方式很多，而当前对开关电源电磁干扰的抑制技术主要有滤波技术、屏蔽技术、软开关技术、扩频调制技术。合理选择和运用上述技术，可在一定程度上削弱开关电源的电磁干扰。笔者相信，随着科技的发展，未来将会出现更加有效的措施解决电磁干扰问题，保障电气设备的高效运行。
关键词：电磁干扰；开关电源；测试方法
1 电磁干扰的危害
开关电源内部出现的电磁干扰利用电源输入、输出线往外输出，同时还是可以对其他的电网和设施进行直接辐射，直接造成这些设施和电网无法正常运行。首先，因为电磁辐射量非常大造成环境破坏，直接损害了人类赖以生存的家园。重点体现在对植物正常生长造成不利影响、让植物基因出现异常变化，或者直接造成植物无法生长。不但这样，电磁辐射还造成动物无法正常成长、动物出现基因突变甚至无法生存下去；其次，电磁辐射不但影响着环境还威胁着人体的健康，同时还直接对人体中枢神经系统功能产生影响，更有甚者就导致人出现交感神经以及植物神经失调的现象；最后，还直接对大功率的电子设施有直接影响，特别是对高频设施有很大的影响，高频电磁干扰的出现在工作当中，可以直接干扰到周围其他正常运转的仪器以及通讯设施。特别严重的情况还会导致错误数据的出现甚至可能出现无法正常运行的情况。
2 开关电源的电磁干扰
2.1开关电源的工作原理
直流开关电源是有四个部分构成，包含了输入、输出、控制以及功率转换部分。开关电源的关键就是功率转换功能，功率转换部分是开关三极管以及高频变压器构成。首先要做的就是将工频交流电整流作为直流电；其次，通过控制开关管的控制变为高频；最后，经过输出整流滤波电路，获得稳定的直流电压。
2.2电磁干扰 EMI 的特点
开关电源是总体工作当中处于开关状态的能量转换装置，开关电源电压、电流变化率非常高，出现了非常大的干扰强度，主要的干扰源集中在开关管以及输出二极管以及高频变压器上。同时比较杂乱的电容直接将电网噪音传送到电子系统的电源当中直接造成电子线路受到干扰。和数字电路干扰源的位置相比较，位置清晰。开关频率不高，重要的干扰形式就是传导干扰及进场干扰。PCB 走线因为需手工进行调节，具有很大的随意性，直接增加PCB分布参数的提取及进场干扰估量的困难程度。
3 开关电源电磁干扰的产生原因
根据高中物理的知识学习，我们知道在电子设备的工作过程中通电电流的传导会出现一些无用信号或电磁噪声等，会对电路器件设备、传输通道以及系统的性能造成干扰，这种干扰就是电磁干扰。电磁干扰的出现有很多可能的原因，电磁干扰的的干扰源一般都是电压电流变化比较大的元器件，包括开关管、二极管及变压器等。通过总结经验，并学习资料，开关电源电磁干扰产生的主要因素包括下面一些内容：
3.1开关管产生电磁干扰
开关电源中原边主电路的开关管大多采用 MOSFET 功率管，这种开关管具有小电荷存储效应，开关速度快，在开通、断开时，电磁干扰易于产生。对于这种电磁干扰，通常的做法是通过吸收电路进行削弱，但加装吸收电路会对电源效率造成一定影响。
3.2高频变压器产生电磁干扰
在开关电源的功率变换电路中，开关管的负载是高频电压器的初级线圈，呈感性，在开关管开通的瞬间，初级线圈中会出现很大的电流，相应的线圈会产生很高的电压；在开关管断开的瞬间，初级线圈的部分能量停留在初级线圈中，无法导入次级线圈，这部分能量会在原边电路中的电容和电阻上产生衰减震荡。如果高频变压器两端的滤波电容容量不够大，或者高频特性较差，电容上的高频阻抗就会导致高频电流以差模的方式传导到交流电源中，从而产生传导干扰。
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3.3整流电路产生电磁干扰
工频交流电需要通过整流变成单向脉动电流，转换的结果除了直流分量外，还存在着一些高频谐波分量，这些高频谐波分量会导致输入功率因数变小，同时还会附带较大的THD，这不仅会对电网产生很严重的干扰，还会通过电源线造成射频干扰。
4 测试平台
开关电源射频传导抗扰度测试试验布置为 CIT-10 /75 为一体化传导敏感度测试系统，输出电压范围为 1V ～ 40 V，频率范围为10 kHz ～ 400 MHz； 装置 2 为 6 dB 衰减器（ 可以减小功率放大器到网络的失配） ； 装置 3 和 4 为耦合/去耦网络（ CDN） M2 /M3，频率范围为 0． 15 MHz ～ 230MHz； 装置 5 为受试设备开关电源，型号为 NET-50B；装置 6 为负载电阻； 装置 7 为 Agilent 示波器； T 为 50Ω 负载； 测试时环境温度为 23 ℃。
5 测试结果
5.1校准参数
按照开关电源标准要求： 试验等级为 3 级，试验电压为 10 V（ 140 dBμV） 。为减小误差，选校准电压与试验电压相同，校准频率为 0． 15 MHz ～ 80 MHz，记录校准参数。校准过程中，测试一体机会不断调节输出功率来使测量电压（ CDN EUT 侧） 满足设定值，由校准电压可知，10 MHz 时测量的电压波动最大，但误差也仅有 1% ，说明校准后可以得到稳定的测试电压。
5.2电压变化
测试电平为 10 V（ 140 dBμV） ，频率为 0． 15 kHz～ 80 MHz，内部调制模式： 1 kHz 正弦波调幅（ 80% 调制度） ，在空载和接电阻负载两种情况下，对开关电源输出端电压进行测量和记录。
综上，在接负载时，由于负载在工作时会产生电磁干扰以及开关电源在不同的输出状态下产生的电磁干扰会有所变化，所以带载时产生的干扰会更大，故在负载和开关电源间放置CDN很有必要，它能隔离CDN两侧的传导电磁干扰，保证测量准确性。电流法测得的干扰是由电流探头通过对导线上电流产生的电磁场进行感应而得到的，对某些频段在感应过程中可能会有感应衰减，另外，导线上也会存在一定的信号衰减，电流探头在导线上不同位置感应出的干扰可能会有所差异。电压法测得的干扰是通过LISN内部结构，从实际电路里直接提取出来的，故信号更为准确。电流法的测试结果可能会有些许偏差，但此方法简单易行，直接将探头夹在测试线缆上即可，而电压法必须使用LISN和50Ω终端负载，故方法选取视具体情况而定。
6 结束语
伴随着电子技术的迅猛发展，电气设备在工作时会不可避免地产生较强的电/磁场，这些电磁能量必然会产生不必要的电磁干扰，在电压和电流快速变化的开关器件里，电磁干扰尤为严重。开关电源体积小、重量轻、效率高，广泛应用于各种电力电子系统中。由本文测试结果可知，开关电源是一个大电磁干扰源，内部干扰情况复杂，在空载和带载时干扰变化严重，不同工作状态下产生的电磁干扰波动剧烈。所以，必须根据相关标准和规范对不同工作状态下的开关电源进行传导EMI测试，然后再将测试结果与标准所规定的极限值进行对比，从而判断开关电源产生的传导电磁干扰是否超标，同时为之后的电磁兼容整改问题提供帮助。所以，对开关电源的测试方法及测试技巧的研究具有重要的工程意义。
参考文献
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[4]房媛媛.LED驱动拓扑中传导干扰建模研究[D].杭州电子科技大学,2014.
论文作者:郑军云
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/20
标签：开关电源论文; 电磁干扰论文; 干扰论文; 电压论文; 测试论文; 电流论文; 负载论文; 《防护工程》2017年第15期论文;