通信開關電源的EMI-EMC設計

通信開關電源一般都采用脈沖寬度調制(PWM)技術，其特點是頻率高、效率高、功率密度高、可靠性高，另外還有體積小、重量輕、具有遠程監控等優點，因此被廣泛地應用于程控交換、光數據傳輸、無線基站、有線電視系統及IP網絡中，是信息技術設備正常工作的核心動力。然而，由于其開關器件工作在高頻通斷狀態，高頻的快速瞬變過程本身就是電磁干擾(EMD)源，他產生的電磁干擾EMI信號有很寬的頻率范圍，又有一定的幅度，經傳導和輻射會污染電磁環境，對通信設備和電子產品造成干擾。
　　
同時，通信開關電源要有很強的抗電磁干擾的能力，特別是對雷擊、浪涌、電網電壓、電場、磁場、電磁波、靜電放電、脈沖串、電壓跌落、射頻電磁場傳導抗擾性、輻射抗擾性、傳導發射、輻射發射等項目需要滿足有關EMC標準的規定。
　　
開關電源引起電磁兼容性的原因
　　
通信開關電源因工作在高電壓大電流的開關工作狀態下，其引起電磁兼容性問題的原因是相當復雜的。按耦合通路來分，可分為傳導干擾和輻射干擾兩種；按照干擾信號對于電路作用的形態不同，可將電源系統內的干擾分為共模干擾和差模干擾兩種。通常，線路電源線上的任何傳導干擾信號，都可表示成共模和差模干擾兩種方式。
　　
在開關電源中，主功率開關管在高電壓、大電流或以高頻開關方式工作下，開關電壓及開關電流的波形在阻性負載時近似為方波，其中含有豐富的高次諧波分量。由于電壓差可以產生電場、電流的流動可以產生磁場，以及豐富的諧波電壓電流的高頻部分在設備內部產生電磁場，從而造成設備內部工作的不穩定，使設備的性能降低。同時，由于電源變壓器的漏電感及分布電容，以及主功率開關器件的工作狀態非理想，在高頻開或關時，常常產生高頻高壓的尖峰諧波振蕩，該諧波振蕩產生的高次諧波，通過開關管與散熱器問的分布電容傳人內部電路或通過散熱器及變壓器向空間輻射。
　　
如圖1所示，電網中含有的共模和差模噪聲對開關電源產生干擾，開關電源在受到電磁干擾的同時也對電網其他設備以及負載產生電磁干擾，例如返回噪聲、輸出噪聲和輻射干擾等。進行開關電源EMI／EMC設計時，一方面要防止開關電源對電網和附近的電子設備產生干擾；另一方面要加強開關電源本身對電磁干擾環境的適應能力。下面用等效電路分別介紹共模和差模干擾產生的原因及路徑。

如圖2所示，當開關管轉為“關”時，集電極與發射極間的電壓快速上升達500V，他產生的電流經集電極與地之間的分布電容返回整流橋，這個按開關頻率工作的脈沖串電流是共模噪聲。這個電壓會引起共模電流Icm2向CP2充電和共模電流Icm1向CP1充電，其中CP1為變壓器初、次級之間的分布電容，CP2為開關電源與散熱器之間的分布電容(即開關管集電極與地之間的分布電容)。則線路中共模電流總大小為Icm1+Icm2。