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由于開關電源作業(yè)在高頻開關情況，內(nèi)部會發(fā)生很高的電流、電壓改動率（即高dv/dt和di/dt），導致開關電源發(fā)生較強的電磁干擾(EMI，ElectroMagneticInterference)。EMI信號既具有很寬的頻率規(guī)劃，又有必定的高低，它不只對電網(wǎng)構成污染，直接影響到其他用電設備的正常作業(yè)，而且作為輻射干擾闖入空間，對空間也構成電磁污染。因此，抑制開關電源自身的電磁噪聲，一起行進其對EMI的抗擾性，以確保電子設備能夠長期安全穩(wěn)定地作業(yè)，是開發(fā)和規(guī)劃開關電源的一個重要課題。
1開關電源的基本作業(yè)原理
開關電源將市電直接整流濾波成為直流高壓，然后經(jīng)過逆變器轉化成低壓的高頻交流電壓，再經(jīng)過二次整流和濾波變成所需求的直流低電壓。
開關電源首要是經(jīng)過整流器與電力網(wǎng)相聯(lián)接的，經(jīng)典的整流器由二極管或晶閘管組成，是一個非線性電路，在電網(wǎng)中會發(fā)生許多的電流諧波和無功功率而污染電網(wǎng)，影響電網(wǎng)和發(fā)電體系的作業(yè)功率，干擾通訊體系，成為電力公害。開關電源已成為電網(wǎng)最首要的諧波源之一。
2諧波的損害及管理辦法
諧波是一個數(shù)學或物理學概念，是指周期函數(shù)或周期性的波形中能用常數(shù)、與原函數(shù)的最小正周期相同的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的線性組合表達的部分。電力體系的諧波問題早在20世紀20時代和30時代就引起了人們的留意。
2.1諧波發(fā)生的原因
在志趣的干凈供電體系中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(如：電阻)的簡略電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。當電流流經(jīng)負載時，與所加的電壓不呈線性關系，就構成非正弦電流，即電路中有諧波發(fā)生。
2.2諧波對電網(wǎng)發(fā)生的損害
2.2.1諧波引起變壓器的損耗添加
由于變壓器鐵心發(fā)生的渦流損耗，與諧波電流次數(shù)的平方成正比，諧波次數(shù)越高，鐵損越大。諧波電流使變壓器的銅耗添加，引起部分過熱，振動，噪聲增大，繞組附加發(fā)熱等。這種諧波電流在發(fā)生諧振時的條件下對變壓器的安全運行將構成威脅。
2.2.2構成電容器的過載缺陷
電容器的容性阻抗隨頻率的添加而下降，而其負載阻抗一般是理性的，隨頻率的增高而增大；當諧波電流的頻率升高到使電容器的容性阻抗與負載的感抗鄰近或持平常，會發(fā)生諧振，引起電流增大，構成電容器的過載缺陷。
2.2.3諧波引起電力體系功率因數(shù)下降
由于開關電源的接入，電力體系中除了基波電流外，還發(fā)生了各次諧波電流，諧波電流重量越大，則電網(wǎng)中的無功功率越大，設備的運用率越低，導線和變壓器的損耗越大。
2.2.4對電力避雷器的影響
變電站大容量、高電壓的變壓器由于合閘涌流的進程時刻比較長，能夠接連數(shù)秒或更長的時刻，有時還會引起諧振過電壓，并使相關避雷器的放電時刻過長而遭到損壞。
2.2.5對繼電維護及主動設備的影響
在諧波嚴峻超標的電弧爐負荷、電氣化鐵路等諧波含量大的部分電網(wǎng)中會遭到影響。一再呈現(xiàn)變壓器嚴峻涌流且涌流衰減緩慢的變電站遭到涌流發(fā)生諧波的干擾。繼電器或發(fā)起元件自身對諧波活絡晶體管或集成電路維護設備的動作量非常小和動作時刻非常少，因此它的發(fā)起判據(jù)簡略遭到諧波影響而呈現(xiàn)較大的誤差。運用信號過零取樣的控制體系及運用數(shù)據(jù)過零點的數(shù)字式繼電器或微機維護，都會遭到諧波的影響和干擾。
2.2.6對用戶電動機的工作影響
諧波電流經(jīng)過交流電動機，使諧波附加損耗顯著添加，引起電動機過熱，機械振動和噪聲增大。當三相電壓不對稱時，定子繞組上發(fā)生負序電流，并勵磁發(fā)生負序旋轉磁場，該制動磁場下降了電機的最大轉矩和過載才能，添加銅損，而且負序過電流能夠將電機定子繞組燒毀。
2.2.7對用戶主動控制設備的影響
跟著數(shù)字控制技術的大規(guī)劃運用，許多精細負載對受電電能質量指標提出了更高的要求。電能質量污染對這類設備的損害首要有三個方面，即在設備的檢測模塊中引進畸變量、干擾正常的剖析核算、導致過失的輸出成果。
2.2.8對電力用戶的影響
用電設備對體系電源的污染會影響用電設備自身的穩(wěn)定性。運用電能質量污染的電源，用電設備又或許成為新的污染源，而損害電力體系和其他用戶設備?；蛟S發(fā)生的影響包含：對用戶電動機發(fā)生影響;對用戶補償電容器發(fā)生影響;對用戶主動控制設備發(fā)生影響;對居民生活用電發(fā)生影響;對用電安全構成威脅。
2.3諧波對電網(wǎng)發(fā)生的損害管理辦法
2.3.1無源并聯(lián)濾波器
現(xiàn)有的諧波濾除設備大都運用無源并聯(lián)濾波器，對每一種頻率的諧波需求運用一組濾波器，一般需求運用多組濾波器用以濾除不同頻率的諧波。因此，工頻是單一頻率，而諧波有無限多種頻率，可見諧波具有無限的凌亂性，運用并聯(lián)濾波器的辦法顯著無法抵御無限頻率成分的諧波。
2.3.2無源串聯(lián)濾波器
由電感與電容串聯(lián)構成的LC串聯(lián)濾波器，具有一個阻抗很低的串聯(lián)諧振點，假設咱們結構一個串聯(lián)諧振點為工一再率的串聯(lián)濾波器，并將其串聯(lián)在線路中，就能夠濾掉一切的諧波。
在三相電路中均接入串聯(lián)濾波器，由于串聯(lián)帶通濾波器對基波電流的阻抗很小，而對諧波電流的阻抗很大，所以只用一組濾波器就能夠濾除一切頻率的諧波。串聯(lián)濾波器關于諧振點頻率的電流具有極低的阻抗，關于違反諧振點頻率的電流，則阻抗增大，違反的越多，阻抗越大。因此，當電容器的實踐作業(yè)電壓等于其額定電壓時，電容器的本錢最低。
當串聯(lián)濾波器銜接在電源與諧波源之間時，諧波源的輸入電壓波形會發(fā)生嚴峻畸變，正時這種電壓波形的畸變使得諧波源的電流接近正弦波。這種輸入電壓波形畸變或許會影響諧波源控制電路的正常工作，假設呈現(xiàn)控制電路不能正常工作的情況，應該將控制電路的電源改接至串聯(lián)濾波器的前端。
2.4開關電源的電磁干擾
根據(jù)開關電源的作業(yè)原理可知，開關電源自身便是一個很強的電磁干擾源。開關電源發(fā)生的干擾，按干擾源種類，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種；若按耦合通路來分，可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。
2.4.1一次整流器
一次整流器的整流進程是發(fā)生EMI最常見的原因。
2.4.2二次整流電路
整流二極管在正導游通時PN結內(nèi)的電荷被堆集。由于二極管作業(yè)在高頻通斷情況，當二極管加反向電壓時，堆集的電荷不能當即消失，然后發(fā)生反向浪涌電流。
2.4.3高頻開關變壓器
變壓器型功率轉化電路用以結束變壓、變頻以及結束輸出電壓調整，是開關穩(wěn)壓電源的中心部分，首要由開關管和高頻變壓器組成。它發(fā)生的尖峰電壓是一種有較大高低的窄脈沖，其頻率較寬且諧波比較豐富。發(fā)生這種脈沖干擾的首要原因是：
（1）開關管的負載是高頻變壓器的初級線圈，是理性負載。當開關管導通時，由電磁感應定律可知，初級線圈中會發(fā)生很大的尖峰脈沖電壓，構成干擾。
（2）當開關管關斷時，高頻變壓器線圈中發(fā)生電動勢e=-Ldu/dt，儲存在電感中的能量和集電極的電阻、電容構成阻尼振動，疊加在關斷電壓上，構成關斷電壓尖峰。該諧波電壓經(jīng)過電線不只會影響變壓器的初級線圈，還會回來配電體系，構成電網(wǎng)諧波干擾。
（3）由高頻變壓器的初級線圈、開關管和濾波電容構成的高頻開關電流回路或許發(fā)生較大的輻射干擾。一起，若濾波電容的濾波缺少或高頻特性欠好，則高頻電流經(jīng)過一次整流回路以差模干擾的辦法進入電網(wǎng)。
2.4控制電路引起的電磁干擾
控制電路中周期性的高頻脈沖信號，如振動器發(fā)生的高頻脈沖信號等將發(fā)生高頻高次諧波，對周圍電路發(fā)生電磁干擾。
2.5雜散參數(shù)影響發(fā)生的電磁干擾
在傳導干擾頻段，大都開關電源干擾的耦合通道是能夠用電路網(wǎng)絡來描繪的?？墒?，在開關電源中的任何一個實踐元器材，如電阻器、電容器、電感器甚至開關管、二極管都包含有雜散參數(shù)，且研討的頻帶愈寬，等值電路的階次愈高，因此，包含各元器材雜散參數(shù)和元器材間的耦合在內(nèi)的開關電源的等效電路將凌亂得多。
開關電源電磁干擾的抑制
構成電磁干擾的三要素是干擾源、傳達途徑和受擾設備。因此，抑制電磁干擾也應該從這三方面下手，采用恰當辦法。首要應該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，堵截電磁干擾的傳達途徑；第三是行進受擾設備的抗擾才能，減低其對噪聲的活絡度。
濾波性能
1.開關電源濾波器概論
濾波器的功用便是容許某一部分頻率的信號順暢的經(jīng)過，而別的一部分頻率的信號則遭到較大的抑制，它實質上是一個選頻電路。濾波器中，把信號能夠經(jīng)過的頻率規(guī)劃，稱為通頻帶或通帶；反之，信號遭到很大衰減或徹底被抑制的頻率規(guī)劃稱為阻帶；通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率；志趣濾波器在通帶內(nèi)的電壓增益為常數(shù)，在阻帶內(nèi)的電壓增益為零；實踐濾波器的通帶和阻帶之間存在必定頻率規(guī)劃的過渡帶。
2.開關電源濾波器的分類
1、按所處理的信號
按所處理的信號分為模仿濾波器和數(shù)字濾波器兩種。
2、按所經(jīng)過信號的頻段
按所經(jīng)過信號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。
低通濾波器：它容許信號中的低頻或直流重量經(jīng)過，抑制高頻重量或干擾和噪聲。
高通濾波器：它容許信號中的高頻重量經(jīng)過，抑制低頻或直流重量。
帶通濾波器：它容許必定頻段的信號經(jīng)過，抑制低于或高于該頻段的信號、干擾和噪聲。
帶阻濾波器：它抑制必定頻段內(nèi)的信號，容許該頻段以外的信號經(jīng)過。
3按開關電源所選用的元器材
按開關電源所選用的元器材分為無源和有源濾波器兩種。
（1）無源開關電源濾波器
無源濾波器僅由無源元件(R、L和C)組成的濾波器，它是運用電容和電感元件的電抗隨頻率的改動而改動的原理構成的。
（2）有源開關電源濾波器
有源濾波器由無源元件(一般用R和C)和有源器材(如集成運算擴展器）組成。這類濾波器的利益是：通帶內(nèi)的信號不只沒有能量損耗，而且還能夠擴展，負載效應不顯著，多級相聯(lián)時相互影響很小，運用級聯(lián)的簡略辦法很簡略構成高階濾波器，而且濾波器的體積小、重量輕、不需求磁屏蔽(由于不運用電感元件）。
開關電源的濾波器安放方位
（3）板上濾波器設備在線路板上
根據(jù)濾波器的安放方位不同，一般分為板上濾波器和面板濾波器。板上濾波器設備在線路板上。其首要原因是：濾波器的輸入與輸出之間沒有隔絕，簡略發(fā)生耦合；濾波器的接地阻抗不是很低，削弱了高頻旁路效果；濾波器與機箱之間的一段連線會發(fā)生兩種不良效果：一個是機箱內(nèi)部空間的電磁干擾會直接感應到這段線上，沿著電纜傳出機箱，憑仗電纜輻射，使濾波器失效；另一個是外界干擾在被板上濾波器濾波之前，憑仗這段線發(fā)生輻射，或直接與開關電源線路板上的電路發(fā)生耦合，構成活絡度問題；
（4）面板開關電源濾波器
濾波陣列板、濾波銜接器等面板濾波器一般都直接設備在屏蔽機箱的金屬面板上。由于直接設備在金屬面板上，濾波器的輸入與輸出之間徹底隔絕，接地良好，開關電源電纜上的干擾在開關電源機箱端口上被濾除，因此濾波效果適當志趣。缺陷是有必要在規(guī)劃初期考慮設備所需的合作結構。
2屏蔽功用
屏蔽技術源于歐洲,它是在一般非屏蔽開關電源布線體系的外面加上金屬屏蔽層,運用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應結束防止電磁干擾及電磁輻射的功用,屏蔽技術歸納運用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽效果,因此具有非常好的電磁兼容(EMC)特性。在我國越來越多的用戶，尤其是涉及到保密和輻射劇烈的項目，開始注重和運用屏蔽體系，甚至是六類屏蔽體系。屏蔽技術具有一套無缺的屏蔽、接地理論和產(chǎn)品系列，供給最無缺、最全面的電纜、部件及端到端全屏蔽解決方案以滿意當今網(wǎng)絡日益行進的需求。頻率越高，趨膚深度越小，即電磁波的穿透才能越弱)有用地防止外部電磁干擾進入電纜，一起也阻遏內(nèi)部信號輻射出去干擾其它設備的作業(yè)。
1接地
電子電氣設備有許多需求接地的部位,由于電路的性質和接地的目的不同有必要加以嚴格的差異,需求分紅若干獨立的子體系,然后銜接在一起進行總接地。設備接大地的目的首要有設備的安全接地,對設備操作人員結束安全維護。
2電路辦法
2.1吸收電路
開關電源發(fā)生EMI的首要原因是電壓和電流的急劇改動,因此需求盡或許地下降電路中電壓和電流的改動率(du/dt和di/dt)。選用吸收電路能夠抑制EMI,其基本原理便是在開關關斷時為其供給旁路,吸收積蓄在寄生分布參數(shù)中的能量,然后抑制干擾的發(fā)生。
2.2軟開關技術
軟開關技術的基本思維是在原有的硬開關電路中添加電感和電容元件,運用電感和電容的諧振,下降開關進程中的du/dt和di/dt,使開關器材注冊時電壓的下降先于電流的上升,或關斷時電流的下降先于電壓的上升,來消除電壓和電流的堆疊。在志趣情況下,這樣不只減小了開關損耗,還能夠大大減小EMI電平。
2.3EMI濾波
EMI濾波技術是抑制干擾的一種有用辦法,尤其是在抑制開關電源的傳導干擾方面,具有顯著的效果。開關電源的傳導干擾可分為共模干擾和差模干擾。共模干擾存在于相線與地線間及中線與地線間,其電流在相線與中外,在運用EMI濾波器時還要考慮濾波器的設備質量。
2.4開關頻率調制技術
頻率固定不變的調制脈沖發(fā)生的干擾在低頻段首要是調制頻率的諧波干擾,且這些干擾首要會合的各諧波點上。
運用頻率調制技術下降開關電源EMI電平的基本思維是:經(jīng)過調制開關頻率fc的辦法把會合在fc,2fc,3fc,…上的能量分散到它們周圍的頻帶上,由此下降各個頻率點上的EMI幅值,然后結束EMI規(guī)范規(guī)定的限定值,可是圖中辦法卻不能下降總的干擾能量。線一起存在,巨細持平,流向相同。差模干擾是在相線與中線間存在的干擾。其電流在相線與中線一起存在,巨細相同,流向相反。無論是共模干擾仍是差模干擾,都能運用EMI濾波器抑制。由于,經(jīng)過對開關電源干擾的剖析和實測可知,開關電源的干擾頻率和頻域要比電網(wǎng)頻率高得多和寬得多。
經(jīng)過緩沖吸收電路能夠推遲功率開關電源器材的通斷進程,然后下降開關電源的EMI電平,但一起會由于附加的吸收電路的損耗,導致電源總功率的下降。另一種下降開關電源EMI電平的辦法是選擇適宜的驅動電路參數(shù),使得驅動電路不只能夠滿意開關管的正常導通的要求,還能控制開關注冊和分斷時其上電壓電流的改動率。這樣能夠維持電路功用不變的一起下降EMI電平。從優(yōu)化驅動電路規(guī)劃的視點改善開關電源的EMC,是近年來展開的一個新方向。
開關電源在實踐工作環(huán)境中,必然會遭到多種多樣的電磁干擾。在干擾嚴峻的場合會使體系無法作業(yè)。本文扼要地介紹了數(shù)字體系的干擾來歷和噪聲耦合途徑,全面地闡述了屏蔽、接地、去耦、濾波、隔絕、結束阻抗匹配或選用傳輸線驅動器、接收器等削弱干擾源、堵截干擾源對體系的耦合通道,以及行進電路自身的抗干擾才能的辦法。
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