开关电源的辐射骚扰的抑制问题详解
开关电源的辐射骚扰的抑制问题详解
开关电源辐射抑制实战技术详解
1. 概述
尽管开关电源没有作为一个大类产品出现在我国的强制性产品认证目录中，但是在信息技术类设备提到的12种产品中电子设备等一起列为强制认证的产品。
还有更多的电子设备，尽管在认证的实施细则中没有直接提到开关电源的问题，但是在它的认证中（这里指的是广义“认证”，有一些产品不需要3C认证，但有“入网”认证要求）都无一例外提到了要做电磁兼容性试验。由于开关电源作为这些设备中与电网连接的关键部件，所以这些试验都和开关电源的电磁兼容性有关。因此，无论开关电源是不是作为一个独立产品参加强制产品认证，但作为电子设备与电网连接的一个首当其冲的部件，只要这个产品需要参加认证，那么开关电源都必须经受电磁兼容性试验。
迄今为止，开关电源电磁兼容性测试的国家标准尚未出台，但是在参加强制性产品认证的信息技术设备类产品，在“机内开关电源的认证试验项目一览表”（国家认证认可监督管理委员会颁布）中列出了3个电磁兼容测试项目，分别是0.15MHz ～30MHz 电源端传导骚扰电压测试；30MHz～1000MHz辐射骚扰场强测试；暂态谐波电流测试。十分明显，这几项试验都是测试开关电源自身工作中所产生的电磁骚扰，分别是对射频性质的传导骚扰电压和辐射骚扰场强测试；以及对电网污染的谐波电流测试。为了保证设备之间的电磁兼容性，对开关电源的这三项测试是适当的，也是必须的。
关于开关电源认证中遇到的这些电磁兼容问题，都是近年开关电源业界讨论的热点，其中开关电源的谐波抑制的话题，在每年都有大量的文章见诸于技术杂志和书刊。而有关开关电源的传导和辐射骚扰的抑制问题的谈论则略见少些，为此，我在以前的电源工程师的聚会上曾经就《开关电源的骚扰抑制问题》作过交流，着重说了一个开关电源的传导骚扰抑制问题。这次则想重点介绍开关电源的辐射骚扰的抑制问题。
2. 开关电源的辐射骚扰限值
按GB9254-1998《信息技术设备无线电骚扰限值和测量方法》的要求。不同频率范围的A
开关电源中处理变压器的音频噪声
关于开关电源音频噪声处理的一点经验 最近看到论坛很多人在问关于音频噪声的问题，刚好本人以前也有碰到不少同样的情况，也有做过笔记，现在翻出来整理下，希望对一些碰到该问题网友有帮助。 音频噪声一般指开关电源自身在工作的过程中产生的，能被人耳听到频率为20-20kHz的音频信号 主要有以下几种来源： 一：变压器产生的音频噪声 变压器是主要的音频噪声源。 1：磁致伸缩效应，磁芯材料的尺寸随磁通密度变化 3：磁芯中间存在的气隙，可使磁芯吸引力方向产生弯曲。 2：线圈移动，绕组间存在交变电流效应，产生吸引力和排斥力，使线圈反复移动 4：磁芯两部分在交流磁场中的相互吸引力使其产生移动，反复压迫接触面 5：骨架移动，磁芯片的位移可通过骨架传送和放大。 在以上几种移动源共同作用下，形成了比较复杂的机械系统，它能产生在人耳听力范围内的音频信号。 以下简单讲解能有效衰减各种机制产生的音频噪声的常见方法。 首先变压器要采用均匀浸渍，从而能有效填充线圈与线圈之间、线圈与骨架之间、骨架与磁芯之间的固有空隙，降低活动部件发生位移的可能性，必要时可以再磁性元件与线路板接触面填充白胶或喷涂三防漆，进一步减小机械振动的空间，有效降低噪声。 在条件允许的情况下尽量降低峰值磁通密度，要充分考虑高温时的饱和磁通密度，留足够余量防止工作曲线进入非线性区，可以有效降低变压器的音频噪声，有实验证明峰值磁通密度从3000高斯降为2000高斯即可将发出的噪音降低5 dB到15dB 条件允许可以使用非晶、超微晶合金等软磁材料，它们的磁均匀一致性远比一般铁氧体好得多，磁致伸缩效应趋于零，因此对应力不敏感 二：电容产生的音频噪声 通常为了抑制电磁干扰和减小器件电压应力，开关电源一般采用RC、RCD等吸收电路,吸收电容常常选用高压陶瓷电容，而高压陶瓷电容是由非线性电介质钛酸钡等材料制成，电致伸缩效应比较明显，在周期性尖峰电压的作用下，电介质不断发生形变从而产生音频噪声。 解决的方法是把吸收回路用的高压陶瓷电容换成电致伸缩效应很小的聚脂薄膜电容，这样可以基本消除电容产生的噪声。 三：电路振荡产生的音频噪声 当电源在工作过程中有问歇式振荡产生时，会引起线圈磁芯间歇式振动，当此振荡频率接近绕变压器的固有振荡频率时，易引发共振现象，此时将产生人耳所能听到的音频噪声。 电路振荡产生的原因有很多，下面简单讲解： 1：PCB设计不当
开关电源电磁干扰(EMI)抑制措施总结
摘要：开关电源的电磁干扰对电子设备的性能影响很大，因此，各种标准对抑制电源设备电磁干扰的要求已越来越高。对开关电源中电磁干扰的产生机理做了简要的描述，着重总结了几种近年提出的新的抑制电磁干扰的方法，并对其原理、应用做了简单介绍。 1 引言 随着电子设备的大量应用，电源在这些设备中的地位越来越重要，而开关变换器由于体积小、重量轻、效率高等特点，在电源中占的比重越来越大。开关电源大多工作在高频情况下，在开关器件的开关过程中，寄生元件（如寄生电容、寄生电感等）中能量的高频变化产生了大量的电磁干扰 （ ElectromagneticInterference ， EMI ）。 EMI 信号占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经过在电路、空间中的传导和辐射，污染了周围的电磁环境，影响了与其它电子设备的电磁兼容 （ ElectromagneticCompatibility ）性。随着近年来各国对电子设备的电磁干扰和电磁兼容性能要求的不断提高，对电磁干扰以及新的抑制方法的研究已成为开关电源研究中的热点。 本文对电磁干扰产生、传播的机理进行了简要的介绍，重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的新方法。 2 电磁干扰的产生和传播方式 开关电源中的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。通常传导干扰比较好分析，可以将电路理论和数学知识结合起来，对电磁干扰中各种元器件的特性进行研究；但对辐射干扰而言，由于电路中存在不同干扰源的综合作用，又涉及到电磁场理论，分析起来比较困难。下面将对这两种干扰的机理作一简要的介绍。 2.1传导干扰的产生和传播 传导干扰可分为共模（ CommonMode CM ）干扰和差模（ DifferentialMode DM ）干扰。由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断，使得开关电源在其输入端（即交流电网侧）产生较大的共模干扰和差模干扰。 2.1.1 共模（ CM ）干扰 变换器工作在高频情况时，由于 dv/dt 很高，激发变压器线圈间、以及开关管与散热片间的寄生电容，从而产生了共模干扰。如图 1 所示，共模干扰电流从具有高 dv/dt 的开关管出发流经接地散热片和地线，再由高频 LISN 网络（由两个 50Ω电阻等效）流回输入线路。
开关电源纹波、噪音详解——这篇文章令你眼前一亮(民熔)
开关电源纹波、噪声浅谈 纹波与噪声 纹波 开关电源的输出并不是真正恒定的，输出存在着周期性的抖动，这些抖动看上去就和水纹一样，称为纹波。 纹波可以是电压或电流纹波。 通常用2个参数来描述纹波： 最大纹波电 压：纹波的峰峰值。 纹波系数：交流分量的有效值与直流分量之比。 纹波产生的原因 开关电源的纹波来自2个地方： 低频纹波：来自AC输入的周期，电源对输入的抑制比不是完美的，当输入变化，输出也会变化。 高频纹波：来自开关切换的周期，开关电源不是线性连续输出能量，而是将能量组成一个个包来传输，因此会存在和开关周期相对应的纹波。 如果是线性电源，是没有开关纹波的，只有低频纹波。 纹波与噪声
纹波是由于AC周期或开关周期引起的输出抖动，而噪声是随机耦合到输出上的高频信号，是不一样的。 恒流 LED恒流驱动 为什么照明用LED都是电流驱动？ LED是二极管，而二极管的PN结的正向导通阻抗是负温度系数，随着温度的升高，二极管正向导通阻抗降低。 如果用恒压源驱动LED，随着LED工作，温度开始升高，温度升高后，正向导通阻抗降低，由于I=U/R，电流升高，且由于功率P=U*I，功率也增加，LED发热更厉害，进一步刺激温度升高，陷于恶性循环，直到LED损坏。 恒压源驱动时，温度和电路是一对正反馈。 所以照明LED都是恒流驱动，如果是非照明，LED几乎没有温升，此时可以用恒压驱动。 恒流精度 恒流精度和其他电影的恒压效果一样，体现在几个方面。 当负载发生变化时，电源输出的电流的恒定程度。 在实际应用时，多个不同的LED串不可能阻抗特性完全相同，将这些不同的负载接到电源上后，电流的误差就定义为恒流精度。 不光是多负载，同一个LED，温度不同时，阻抗特性也不同，不同温度下电流也是有误差的，但这和前面的条件本质还是一样，都是负载变化。
开关电源的干扰及其抑制
开关电源的干扰及其抑制 开关电源产生EMI的原因较多,其中由基本整流器产生的电流高次谐波干扰和功率转换电路产生的尖峰电压干扰是主要原因. 基本整流器：基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因.这是因为工频交流正弦波通过整流后不再是单一频率的电流,而变成一直流分量和一系列频率不同的谐波分量,谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰,使前端电流发生畸变,一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变,另一方面通过电源线产生射频干扰. 功率转换电路：功率转换电路是开关稳压电源的核心,它产生的尖峰电压是一种有较大幅度的窄脉冲,其频带较宽且谐波比较丰富. 产生这种脉冲干扰的主要原因是: ①开关管：开关管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容.当开关管流过大的脉冲电流时,大体上形成了矩形波,该波形含有许多高频成份.由于开关电源使用的元件参数如开关功率管的存储时间,输出级的大电流,开关整流二极管的反向恢复时间,会造成回路瞬间短路,产生很大短路电流.开关管的负载是高频变压器或储能电感,在开关管导通的瞬间,变压器初级出现很大的涌流,造成尖峰噪声. ②高频变压器：开关电源中的变压器,用作隔离和变压.但由于漏感地原因,会产生电磁感应噪声;同时,在高频状况下变压器层间的分布电容会将一次侧高次谐波噪声传递给次级,变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通路,而使变压器周围产生的电磁场更容易在其他引线上耦合形成噪声. ③整流二极管：二次侧整流二极管用作高频整流时,要考虑反向恢复时间的因数.往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除(因载流子的存在,还有电流流过).一旦这个反向电流恢复时的斜率过大,流过线圈的电感就产生了尖峰电压,在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高频干扰,其频率可达几十兆赫. ④电容、电感器和导线：开关电源由于工作在较高频率,会使低频的元器件特性发生变化,由此产生噪声. 开关电源外部干扰：开关电源外部干扰可以以“共模”或“差模”方式存在.干扰类型可以从持续期很短的尖峰干扰到完全失电之间进行变化.其中也包括电压变化、频率变化、波形失真、持续噪声或杂波以及瞬变等，在电源干扰的几种干扰类型中,能够通过电源进行传输并造成设备的破坏或影响其工作的主要是电快速瞬变脉冲群和浪涌冲击波,而静电放电等干扰只要电源设备本身不产生停振、输出电压跌落等现象,就不会造成因电源引起的对用电设备的影响. 开关电源干扰耦合途径：开关电源干扰耦合途径有两种方式:一种是传导耦合方式,另一种是辐射耦合方式. 1.传导耦合：传导耦合是骚扰源与敏感设备之间的主要耦合途径之一.传导耦合必须在骚扰源与敏感设备之间存在有完整的电路连接,电磁骚扰沿着这一连接电路从骚扰源传输电磁骚扰至敏感设备,产生电磁干扰.按其耦合方式可分为电路性耦合、电容性耦合和电感性耦合.在开关电源中,这三种耦合方式同时存在,互相联系.
开关电源浪涌吸收方法
开关电源的冲击电流控制方法 开关电源的输入一般有滤波器来减小电源反馈到输入的纹波，输入滤波器一般有电容和电感组成∏形滤波器，图1. 和图2. 分别为典型的AC/DC电源输入电路和DC/DC电源输入电路。 由于电容器在瞬态时可以看成是短路的，当开关电源上电时，会产生非常大的冲击电流，冲击电流的幅度要比稳态工作电流大很多，如对冲击电流不加以限制，不但会烧坏保险丝，烧毁接插件，还会由于共同输入阻抗而干扰附近的电器设备。
图3.通信系统的最大冲击电流限值（AC/DC电源） 图4.通信系统在标称输入电压和最大输出负载时的冲击电流限值（DC/DC电源） 欧洲电信标准协会(the European Telecommunications Standards Institute)对用于通信系统的开关电源的冲击电流大小做了规定，图3为通信系统用AC/DC电源供电时的最大冲击电流限值[4]，图4为通信系统在DC/DC电源供电，标称输入电压和最大输出负载时的最大冲击电流限值[5]。图中It为冲击电流的瞬态值，Im为稳态工作电流。 冲击电流的大小由很多因素决定，如输入电压大小，输入电线阻抗，电源内部输入电感及等效阻抗，输入电容等效串连阻抗等。这些参数根据不同的电源系统和布局不同而不同，很难进行估算，最精确的方法是在实际应用中测量冲击电流的大小。在测量冲击电流时，不能因引入传感器而改变冲击电流的大小，推荐用的传感器为霍尔传感器。
2. AC/DC开关电源的冲击电流限制方法 2.1 串连电阻法 对于小功率开关电源，可以用象图5的串连电阻法。如果电阻选得大，冲击电流就小，但在电阻上的功耗就大，所以必须选择折衷的电阻值，使冲击电流和电阻上的功耗都在允许的范围之内。 图5. 串连电阻法冲击电流控制电路（适用于桥式整流和倍压电路，其冲击电流相同）串连在电路上的电阻必须能承受在开机时的高电压和大电流，大额定电流的电阻在这种应用中比较适合，常用的为线绕电阻，但在高湿度的环境下，则不要用线绕电阻。因线绕电阻在高湿度环境下，瞬态热应力和绕线的膨胀会降低保护层的作用，会因湿气入侵而引起电阻损坏。 图5所示为冲击电流限制电阻的通常位置，对于110V、220V双电压输入电路，应该在R1和R2位置放两个电阻，这样在110V输入连接线连接时和220V输入连接线断开时的冲击电流一样大。对于单输入电压电路，应该在R3位置放电阻。 2.2 热敏电阻法 在小功率开关电源中，负温度系数热敏电阻（NTC）常用在图5中R1，R2，R3位置。在开关电源第一次启动时，NTC的电阻值很大，可限制冲击电流，随着NTC的自身发热，其电阻值变小，使其在工作状态时的功耗减小。 用热敏电阻法也由缺点，当第一次启动后，热敏电阻要过一会儿才到达其工作状态电阻值，如果这时的输入电压在电源可以工作的最小值附近，刚启动时由于热敏电阻阻值还较大，它的压降较大，电源就可能工作在打嗝状态。另外，当开关电源关掉后，热敏电阻需要一段冷却时间来将阻值升高到常温态以备下一次启动，冷却时间根据器件、安装方式、环境温度的不同而不同，一般为1分钟。如果开关电源关掉后马上开启，热敏电阻还没有变冷，这时对冲击电流失去限制作用，这就是在使用这种方法控制冲击电流的电源不允许在关掉后马上开启的原因。
开关电源中电磁干扰的产生及其抑制
开关电源中电磁干扰的产生及其抑制 摘要：电磁干扰对开关电源的效率和安全性及使用的影响日益成为人们关注的热点。本文分析了开关电源中电磁干扰产生的原因和传播的路径，并提出了抑制干扰的有效措施。 关键词：开关电源、电磁干扰、耦合通道、电磁屏蔽 1 引言 电磁兼容EMC是英文electro magnetic compatibility 的缩写。它包括两层含义，一是设备在工作中产生的电磁辐射必须限制在一定水平内，二是设备本身要有一定的抗干扰能力，它必须具备三个要素：干扰源、耦合通道、敏感体。给电子线路供电的开关电源对干扰的抑制对保证电子系统的正常稳定运行具有重要意义。本文通过分析开关电源中的干扰源和耦合通道，提出了抑制干扰的有效措施。并提出了开关电源中开关变压器的设计和制作方法。 2 开关电源中的干扰源和耦合通道 开关电源首先将工频交流电整流为直流电，然后经过开关管的控制变为高频，最后经过整流滤波电路输出，得到稳定的直流电压，因此，自身含有大量的谐波干扰。同时，由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰，都会产生不同程度的电磁干扰。开关电源中的干扰源主要集中在电压、电流变化大（即dV/dt或dI/dt很大）的元器件上，尤其是开关管、输出二极管和高频变压器等。同时，杂散电容会将电网的噪声传导到电子系统的电源而对电子线路的工作产生干扰。 这里我们来分析一下几种干扰产生的原因及其耦合的路径。 2.1输入整流滤波电路产生的谐波干扰 开关电源输入端普遍采用桥式整流，电容滤波电路。由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，使得输入电流i成为一个时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流，如图1所示。这种畸变的输入电流，它除了基波外，还含有丰富的高次谐波分量。
开关电源EMI形成原因及常用抑制方法
开关电源EMI形成原因及常用抑制方法 近年来，开关电源以其效率高、体积小、输出稳定性好的优点而迅速发展起来。但是，由于开关电源工作过程中的高频率、高di/dt和高dv/dt使得电磁干扰问题非常突出。国内已经以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证，使得对开关电源在电磁兼容方面的要求更加详细和严格。如今，如何降低甚至消除开关电源的EMI问题已经成为全球开关电源设计师以及电磁兼容（EMC）设计师非常关注的问题。本文讨论了开关电源电磁干扰形成的原因以及常用的EMI抑制方法。 1开关电源的干扰源分析 开关电源产生电磁干扰最根本的原因，就是其在工作过程中产生的高di/dt和高 dv/dt，它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。开关电源中的电压电流波形大多为接近矩形的周期波，比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。对于矩形波，周期的倒数决定了波形的基波频率；两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数决定了这些边缘引起的频率分量的频率值，典型的值在MHz范围，而它的谐波频率就更高了。这些高频信号都对开关电源基本信号，尤其是控制电路的信号造成干扰。 开关电源的电磁噪声从噪声源来说可以分为两大类。一类是外部噪声，例如，通过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射对开关电源控制电路的干扰等。另一类是开关电源自身产生的电磁噪声，如开关管和整流管的电流尖峰产生的谐波及电磁辐射干扰。 如图1所示，电网中含有的共模和差模噪声对开关电源产生干扰，开关电源在受到电磁干扰的同时也对电网其他设备以及负载产生电磁干扰（如图中的返回噪声、输出噪声和辐射干扰）。进行开关电源EMI/EMC设计时一方面要防止开关电源对电网和附近的电子设备产生干扰，另一方面要加强开关电源本身对电磁骚扰环境的适应能力。下面具体分析开关电源噪声产生的原因和途径。 图1开关电源噪声类型图 1.1电源线引入的电磁噪声 电源线噪声是电网中各种用电设备产生的电磁骚扰沿着电源线传播所造成的。电源线噪声分为两大类：共模干扰、差模干扰。共模干扰（Common-modeInterference）定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰（Differential-
开关电源常见故障维修方法
开关电源常见故障及维修方法： 1.保险烧或炸 主要检查300V上的大滤波电容、整流桥各二极管及开关管等部位，抗干扰电路出问题也会导致保险烧、发黑。需要注意的是：因开关管击穿导致保险烧一般会把电流检测电阻和电源控制芯片烧坏。负温度系数热敏电阻也很容易和保险一起被烧坏。 2.无输出，保险管正常 这种现象说明开关电源未工作或进入了保护状态。首先要测量电源控制芯片的启动脚是否有启动电压，若无启动电压或者启动电压太低，则要检查启动电阻和启动脚外接的元件是否漏电，此时如电源控制芯片正常，则经上述检查可以迅速查到故障。若有启动电压，则测量控制芯片的输出端在开机瞬间是否有高、低电平的跳变，若无跳变，说明控制芯片坏、外围振荡电路元件或保护电路有问题，可先代换控制芯片，再检查外围元件;若有跳变，一般为开关管不良或损坏。 3.有输出电压，但输出电压过高 这种故障一般来自于稳压取样和稳压控制电路。在直流输出、取样电阻、误差取样放大器如TL431、光耦、电源控制芯片等电路共同构成一个闭合的控制环路，任何一处出问题就会导致输出电压升高。 4.输出电压过低 除稳压控制电路会引起输出电压低，还有下面一些原因也会引起输出电压低： a.开关电源负载有短路故障（特别是DC/DC变换器短路或性能不良等），此时，应该 断开开关电源电路的所有负载，以区分是开关电源电路还是负载电路有故障。若断 开负载电路电压输出正常，说明是负载过重;或仍不正常说明开关电源电路有故障。 b.输出电压端整流二极管、滤波电容失效等，可以通过代换法进行判断。 c.开关管的性能下降，必然导致开关管不能正常导通，使电源的内阻增加，带负载能 力下降。 d.开关变压器不良，不但造成输出电压下降，还会造成开关管激励不足从而屡损开关 管 e.300V滤波电容不良，造成电源带负载能力差，一接负载输出电压便会下降。
开关电源产生噪声的原因与解决方案
开关电源产生噪声的原因与解决方案 从数据中心的服务器到电信设备和工业系统，开关模式电源（SMPS）用于各种应用，因为它具有高效率，功率密度和低成本的快速瞬态响应等优点。 此外，为了通过更严格的新监管标准，电源产生的EMI必须保持低于以往的水平。 实际上，这些电源的开关频率会产生许多不同类型的噪声。之前有人认为它们是由开关频率引起的高频噪声的开关噪声开关转换，开关转换后振铃，以及在一个系统中运行的多个开关稳压器引起的拍频。 这里我们将研究开关稳压器和DC/DC转换器产生的这些不同类型的噪声，并讨论解决方案，包括滤波技术，以减少和最小化开关SMPS电源中的噪声。 SMPS噪声 根据Dostal，主要噪声类型是由开关频率产生的开关噪声供应。他说，通常，对于非隔离式DC/DC转换器，此噪声的频带在500 kHz和3 MHz之间。 但是，由于它取决于开关频率，因此可以使用低通滤波器轻松控制和滤除。开关噪声会产生输出纹波电压，如图1所示。可以使用无源LC低通滤波器或有源低通滤波器轻松滤除。 图1：由开关稳压器的开关频率引起的输出纹波电压（顶部）。使用LC滤波器的衰减纹波电压显示在底部。 然而，在我们进入滤波器设计之前，让我们更详细地检查输出纹波电压。 如公式1所示，开关稳压器的输出纹波电压可以通过电感电流纹波精确计算，电感电流纹波基于电感的实际电感值，开关转换器的输入和输出电压，开关频率（fSW）和输出电容（COUT））包括其等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）。 根据ADI的开关转换器数据手册，在电感选择方面存在一些折衷。例如，小电感器以较大的电感器电流纹波为代价提供更好的瞬态响应，而大电感器以较慢的瞬态响应能力为代
刍议如何控制开关电源电磁干扰
刍议如何控制开关电源电磁干扰 摘要:通信开关电源是通信系统中的一种主要的干扰源之一,由于它本身工作特点使得电磁干扰问题相当突出,从通信电源电磁干扰的机理着手,分别论述了有源滤波技术、pcb设计技术、扩频调制技术等来抑制电磁干扰,改善了开关电源电磁兼容的性能，为工程设计人员提供了理论参考。 关键词:开关电源;电磁干扰;抑制措施 abstract: communication switching power supply is the major source of interference in a communication system, due to its own features make the issue of electromagnetic interference are quite prominent, and the mechanism of electromagnetic interference from the communication power to proceed, discusses active filtering technology, pcb design technology, spread spectrum modulation techniques such as electromagnetic interference suppression, improved the performance of the switching power supply electromagnetic compatibility, provide a theoretical reference for the engineering staff.keywords: switching power supply; electromagnetic interference; suppression measures 中图分类号：o552.4+24文献标识码：a 1 通信开关电源的干扰 通信开关电源要稳定工作就要有很强的抗电磁干扰能力，对于
开电源纹波噪声的产生及抑制
电源纹波噪声的产生及抑制 一、纹波 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。它主要有以下害处： 1.1．容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 1.2．降低了电源的效率； 1.3．较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 1.4．会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 1.5．会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示； 单位通常为：mV 例如： 一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV 就是纹波的绝对量，而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。 三、纹波的测试方法 3.1．以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK(也有测有效值的)，去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯)，使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面： 4.1.输入低频纹波; 4.2.高频纹波; 4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声; 4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声;
4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。 4.1、输入低频纹波: 低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。 交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关电源输出端表现为低频噪声，其大小由DC/DC变换器的变比和控制系统的增益决定。 电流型控制DC/DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高。但其输出端的低频交流纹波仍较大。要实现开关电源的低纹波输出，必须对低频电源纹波采取滤波措施。可采用前级预稳压和增大DC/DC变换器闭环增益来消除。 低频纹波抑制的几种常用的方法: a、加大输出低频滤波的电感，电容参数。 △●电容上的纹波有两个成分,一个是充放电时的电压升降量，一个是电流进出电容时ESR上的I*R电压降量。 △●通过输出纹波与输出电容的关系式：vripple=Imax/(Co×f)可以看出，加大输出电容值可以减小纹波。 △●或者考虑采用并联的方式减小ESR值,或者使用LOW ESR电容。 b、采用前馈控制方法，降低低频纹波分量。 △●feed forward control(FFC)前馈控制是按照扰动产生校正作用的一种调节方式，主要用于一些纯滞后或容量滞后较大的被控参数的控制。 △●其目的是加速系统响应速度，改善系统的调节品质。 4.2、高频纹波: 高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路 在电路中，通过功率器件对输入直流电压进行高频开关变换后整流滤波再实现稳压输出的，在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波，其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关； 设计中尽量提高功率变换器的工作频率，可以减少对高频开关纹波的滤波要求。高频纹波抑制常用的方法有以下几种： a、提高开关电源工作频率，以提高高频纹波频率，其纹波电流△I可由下式算 出： 可以看出，增加L值，或者提高开关频率可以减小电感内的电流波动。 b、加大输出高频滤波器，可以抑制输出高频纹波。 c、采用多级滤波。 一般滤波多采用C型、LC型、CLC型，为了更好的抑制纹波，可以采用增加多一级LC滤波。 4.3、寄生参数引起的共模纹波噪声: 由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容，导线存在寄生
DCDC开关电源管理芯片的设计
DC-DC开关电源管理芯片的设计 引言 电源是一切电子设备的心脏部分，其质量的好坏直接影响电子设备的可靠性。而开关电源更为如此，越来越受到人们的重视。目前的计算机设备和各种高效便携式电子产品发展趋于小型化，其功耗都比较大，要求与之配套的电池供电系统体积更小、重量更轻、效率更高，必须采用高效率的DC/ DC开关稳压电源。 目前电力电子与电路的发展主要方向是模块化、集成化。具有各种控制功能的专用芯片，近几年发展很迅速集成化、模块化使电源产品体积小、可靠性高，给应用带来极大方便。 从另一方面说在开关电源DC-DC变换器中，由于输入电压或输出端负载可能出现波动, 应保持平均直流输出电压应能够控制在所要求的幅值偏差范围内，需要复杂的控制技术，于是各种PWM空制结构的研究就成为研究的热点。在这样的前提下，设计开发开关电源DC-DC控制芯片，无论是从经济，还是科学研究上都是是很有价值的。 1.开关电源控制电路原理分析 DC- DC变换器就是利用一个或多个开关器件的切换，把某一等级直流输入电压变换成 另一等级直流输出电压。在给定直流输入电压下，通过调节电路开关器件的导通时间来控制平均输出电压控制方法之一就是采用某一固定频率进行开关切换，并通过调整导通区间 长度来控制平均输出电压，这种方法也称为脉宽调制［PWM法。 PWM从控制方式上可以分为两类，即电压型控制(voltage mode con trol )和电流型 控制(current modecontrol )。电压型控制方式的基本原理就是通过误差放大器输出信号与一固定的锯齿波进行比较，产生控制用的PW信号。从控制理论的角度来讲，电压型控制方式是一种单环控制系统。电压控制型变换器是一个—阶系统，它有两个状态变量：输出滤波电容的电压和输出滤波电感的电流。二阶系统是一个有条件稳定系统，只有对控制电路进行精心的设计和计算后，在满足一定的条件下，闭环系统方能稳定的工作。图即为电压型控制的原理框图。 1
如何降低电源纹波噪声的分析与应用
如何降低电源纹波噪声的分析与应用 一、什么叫纹波？ 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量； 它主要有以下害处： 1、容易在用电器上产生谐波，而谐波会产生更多的危害； 2、降低了电源的效率； 3、较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生，导致烧毁用电器； 4、会干扰数字电路的逻辑关系，影响其正常工作； 5、会带来噪音干扰，使图像设备、音响设备不能正常工作。 二、纹波的表示方法 可以用有效值或峰值来表示，或者用绝对量、相对量来表示； 例如：一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A，测得纹波的有效值为10mV，这10mV就是纹波的绝对量，而相对量即纹波系数=纹波电压/输出电压 =10mv/12V=0.12 %； 三、纹波的测试方法 以20M示波器带宽为限制标准，电压设为PK-PK(也有测有效值的)，去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路，像一个天线接收杂讯，引入一些不必要的杂讯)，使用接地环（不使用接地环也可以，不过要考虑其产生的误差），在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容，用示波器的探针直接进行测试；如果示波器探头不是直接接触输出点，应该用双绞线，或者50Ω同轴电缆方式测量。 四、开关电源纹波的主要分类 开关电源输出纹波主要来源于五个方面：输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声 1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关。电容的容量不可能无限制地增加，导致输出低频纹波的残留。交流纹波经DC/DC变换器衰减后，在开关
开关电源的纹波和噪声测试方法
开关电源的纹波和噪声(图) 开关电源（包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块）与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，一般可达80%～85%，高的可达90%～97%；其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左右（低的为输出电压的0.5%左右），最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV；而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输出的噪声电压也较小，其单位是μV。 本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。 噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。 开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形，如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同，而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压，其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声的测量方法 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一，因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声
开关电源的噪音及解决方法
开关电源具有线性电源无可比拟的许多优点：体积小，重量轻，效率高等等，但开关电源会产生电磁干扰，尤其是中大功率等级的开关电源干扰更为严重。这是由于开关电源存在着整流谐波、开关频率和它的谐波以及在开关转换中所固有的高速电流和电压瞬变。产生电磁干扰是开关电源本身的特点所决定的，是难以避免的，关键是如何采取有效的措施来减小其干扰程度。 通过对开关电源进行电磁兼容性测试得知，一般有以下四项指标不合格。 CE01100Hz～15KHz电源线传导发射。 CE0315KHz～50MHz电源线传导发射。 RE0125Hz～50KHz磁场辐射发射。 RE0214KHz～10GHz电场辐射发射。 2开关电源电磁干扰产生原因分析 开关电源按主电路型式可分为全桥式，半桥式，推挽式等几种，但无论何种类型的开关电源在工作时都会产生很强的噪声。它们通过电源线以共模或差模方式向外传导，同时还向周围空间辐射。开关电源对由电网侵入的外部噪声也很敏感，并经它传递到其他电子设备中产生干扰。图1是一种最简单的开关电源主电路型式，直流变换式它激单边型开关电源，以此为例分析开关电源的噪声来源。 交流电输入开关电源后，由桥式整流器V1～V4整理成直流电压Vi加在高频变压器的初级L1和开关管V5上。开关管V5的基极输入一个几十到几百千赫的高频矩形波，其重复频率和占空比由输出直流电压VO的要求来确定。被开关管放大了的脉冲电流由高频变压器耦合到次级回路。高频变压器初次级匝数之比也是由输出直流电压VO的要求来确定的。高频脉冲电流经二极管V6整流并经C2滤波后变成直流输出电压VO。因此开关电源在以下几个环节都将产生噪声，形成电磁干扰。 （1）高频变压器初级L1、开关管V5和滤波电容C1构成的高频开关电流环路，可能 会产生较大的空间辐射。如果电容器滤波不足，则高频电流还会以差模方式传导到输入交流电源中去。如图1中的I1 。 （2）高频变压器次级L2、整流二极管V6、滤波电容C2也构成高频开关电流环路会 产生空间辐射。如果电容器滤波不足，则高频电流将以差模形式混在输出直流电压上向外传导。如图1中的I2 。 （3）高频变压器的初级和次级间存在分布电容Cd，初级的高频电压通过这些分布电 容将直接耦合到次级上去，在次级的二条输出直流电源线上产生同相位的共模噪声。如果二根线对地阻抗不平衡，还会转变成差模噪声。 （4）输出整流二极管V6会产生反向浪涌电流。二极管在正向导通时PN结内的电荷 积累，二极管加反向电压时积累电荷将消失并产生反向电流。因为开关电流需经二极管整流，二极管由导通转变为截止的时间很短，在短时间内要让存储电荷消失就产生了反向电流的浪涌。由于直流输出线路中的分布电感，分布电容，浪涌引起了高频衰减振荡，这是一种差模噪声。
形成开关电源电磁干扰的三要素及解决方案
形成开关电源电磁干扰的三要素及解决方案 深圳市森树强电子科技有限公司 形成开关电源电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备 首先应该抑制开关电源干扰源，直接消除干扰原因； 其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径； 第三是提高受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。 目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。 采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如，功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗，为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底 板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘，这就使器件与底板和散热器之 间产生了分布电容，开关电源的底板是交流电源的地线，因而通过器件与底板之间的 分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰，解决这个问题的办法是采用两 层绝缘片之间夹一层屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，割断了射频干扰向输入电网 传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射，电磁干扰对其他电子设备的影响，可完 全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩，然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为 一体，就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的 作用。例如，静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰；电磁屏蔽用的导体原则上可 以不接地，但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应， 所以仍以接地为好，这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点 与大地相连，可为信号回路提供稳定的参考电位。因此，系统中的安全保护地线、屏 蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后，最终都与大地相连。 在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声，实际上很难实现“一点接地”。因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导 电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地，需要接地的各部分就近 接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。
开关电源CCM和DCM工作模式
开关电源Buck 电路CCM 及DCM 工作模式 一、Buck 开关型调整器: 图1 二、CCM 及DCM 定义： 1、CCM (Continuous Conduction Mode),连续导通模式：在一个开关周期内，电感电流从不会到0。或者说电感从不“复位”，意味着在开关周期内电感磁通从不回到0，功率管闭合时，线圈中还有电流流过。 2、DCM ，(Discontinuous Conduction Mode)非连续导通模式：在开关周期内，电感电流总会会到0，意味着电感被适当地“复位”，即功率开关闭合时，电感电流为零。 3、BCM （Boundary Conduction Mode ），边界或边界线导通模式：控制器监控电感电流，一旦检测到电流等于0，功率开关立即闭合。控制器总是等电感电流“复位”来激活开关。如果电感值电流高，而截至斜坡相当平，则开关周期延长，因此，BCM 变化器是可变频率系统。BCM 变换器可以称为临界导通模式或CRM （Critical Conduction Mode ）。 图1通过花电感电流曲线表示了三种不同的工作模式。 图2 电感工作的三种模式 电流斜坡的中点幅值等于直流输出电流o I 的平均值，峰值电流Ip 与谷值电流V I 之差为纹波电流。 三、CCM 工作模式及特点 根据CCM 定义，测试出降压变换器工作于连续模式下的波形，如下图3所示。 图3 波形1表示PWM 图形，将开关触发成导通和截止。当开关SW 导通时，公共点SW/D 上的电压为Vin 。相反，当开关断开时，公共点SW/D 电压将摆到负，此时电感电流对二极管D 提供偏置电流，出现负降压——续流作用。 波形3描述了电感两端电压的变化。在平衡点，电感L 两端的平均电压为0，及S1+S2=0。S1面积对应于开关导通时电压与时间的乘积，S2面积对应于开关关断时电压与时间的乘积。S1简单地用矩形高度（in V -out V ）乘以D sw T ，而S2也是矩形高度-out V t 乘以（1-D ）sw T 。如果对S1和S2求和，然后再整个周期sw T 内平均，得到 （D （in V -out V ）sw T -out V （1-D ）sw T ）/ sw T =0 化简上式可以到CCM 的降压DC 传递函数： out V = D in V =M in V 或M= out V /in V
利用Snuer电路消除开关电源和ClassD功放电路中的振铃
?>?设计支持?>?技术文档?>?应用笔记?>?供电电路?> APP 6287 关键词:?开关电源, Class D功放，振铃 应用笔记6287 利用Snubber电路消除开关电源和Class D功放电路中的振铃 Frank Pan, CPG部门高级应用工程师 摘要：开关电源和Class D功放，因为电路工作在开关状态，大大降低了电路的功率损耗，在当今的电子产品中得到了广泛的应用。由于寄生电感和寄生电容的存在，电路的PWM开关波形在跳变时，常常伴随着振铃现象。这些振铃常常会带来令人烦恼的EMC问题。本文对振铃进行探讨，并采用snubber电路对PWM 开关信号上的振铃进行抑制。? 振铃现象 在开关电源和Class D功放电路中，振铃大多是由电路的寄生电感和寄生电容引起的。寄生电感和寄生电容构成LC谐振电路。LC谐振电路常常用两个参数来 描述其谐振特性：振荡频率（），品质因数（Q值）。谐振频率由电感量和电容量决定：。品质因数可以定义为谐振电路在一个周期内储存能量与消耗能量之比。并联谐振电路的Q值为：，其中R P是并联谐振电路的等效并联电 阻。串联谐振电路的Q值为：，其中R S为串联谐振电路的等效串联电阻。 在描述LC电路的阶跃跳变时，常用阻尼系数（) 来描述电路特性。阻尼系数跟品质因数的关系是：或。在临界阻尼（=1）时，阶跃信号能在最短时间内跳变到终值，而不伴随振铃。在欠阻尼（<1）时，阶跃信号在跳变时会伴随振铃。在过阻尼（>1）时，阶跃信号跳变时不伴随振铃，但稳定到
终值需要花费比较长的时间。在图一中，蓝，红，绿三条曲线分别为欠阻尼（<1），临界阻尼（=1），过阻尼（>1）时，对应的阶跃波形。 图一不同阻尼系数对应的阶跃信号 （从左至右分别为欠阻尼，临界阻尼，过阻尼时对应的阶跃信号） 我们容易得到并联LC谐振电路的阻尼系数：。在我们不改变电路的寄生电感和寄生电容值时，调整等效并联电阻可以改变谐振电路的阻尼系数，从而控制电路的振铃。 阶跃信号因振铃引起的过冲跟阻尼系数有对应的关系：。OS(%)定义为过冲量的幅度跟信号幅度的比值，以百分比表示。表一列出了不同阻尼系数对应的过冲OS(%)。
开关电源的纹波和噪声
开关电源的纹波和噪声 开关电源（包括AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/DC模块和DC/DC模块）与线性电源相比较，最突出的优点是转换效率高，一般可达80%～85%，高的可达90%～97%；其次，开关电源采用高频变压器替代了笨重的工频变压器，不仅重量减轻，体积也减小了，因此应用范围越来越广。但开关电源的缺点是由于其开关管工作于高频开关状态，输出的纹波和噪声电压较大，一般为输出电压的1%左右（低的为输出电压的0.5%左右），最好产品的纹波和噪声电压也有几十mV；而线性电源的调整管工作于线性状态，无纹波电压，输出的噪声电压也较小，其单位是μV。 本文简单地介绍开关电源产生纹波和噪声的原因和测量方法、测量装置、测量标准及减小纹波和噪声的措施。 纹波和噪声产生的原因 开关电源输出的不是纯正的直流电压，里面有些交流成分，这就是纹波和噪声造成的。纹波是输出直流电压的波动，与开关电源的开关动作有关。每一个开、关过程，电能从输入端被“泵到”输出端，形成一个充电和放电的过程，从而造成输出电压的波动，波动频率与开关的频率相同。纹波电压是纹波的波峰与波谷之间的峰峰值，其大小与开关电源的输入电容和输出电容的容量及品质有关。 噪声的产生原因有两种，一种是开关电源自身产生的；另一种是外界电磁场的干扰（EMI），它能通过辐射进入开关电源或者通过电源线输入开关电源。 开关电源自身产生的噪声是一种高频的脉冲串，由发生在开关导通与截止瞬间产生的尖脉冲所造成，也称为开关噪声。噪声脉冲串的频率比开关频率高得多，噪声电压是其峰峰值。噪声电压的振幅很大程度上与开关电源的拓扑、电路中的寄生状态及PCB的设计有关。 利用示波器可以看到纹波和噪声的波形，如图1所示。纹波的频率与开关管频率相同，而噪声的频率是开关管的两倍。纹波电压的峰峰值和噪声电压的峰峰值之和就是纹波和噪声电压，其单位是mVp-p。 图1 纹波和噪声的波形 纹波和噪声的测量方法 纹波和噪声电压是开关电源的主要性能参数之一，因此如何精准测量是一个十分重要问题。目前测量纹波和噪声电压是利用宽频带示波器来测量的方法，它能精准地测出纹波和噪声电压值。