高頻開關(guān)電源本身存在的電磁攪擾（EMI）問題如果處理欠好，不只簡單對電網(wǎng)構(gòu)成污染，直接影響其他用電設(shè)備的正常作業(yè)，并且傳入空間也易構(gòu)成電磁污染，由此發(fā)生了高頻開關(guān)電源的電磁兼容（EMC）問題。
文章關(guān)鍵對鐵路信號電源屏運(yùn)用的1200W（24V/50A）高頻開關(guān)電源模塊所存在的電磁攪擾超支問題進(jìn)行剖析，并提出改進(jìn)措施。高頻開關(guān)電源發(fā)生的電磁攪擾可分為傳導(dǎo)攪擾和輻射攪擾兩大類。傳導(dǎo)攪擾通過溝通電源傳達(dá)，頻率低于30MHz；輻射攪擾通過空間傳達(dá)，頻率在30～1000MHz。
1高頻開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)
高頻開關(guān)電源的主拓?fù)潆娐吩?，如圖1所示。
2高頻開關(guān)電源電磁攪擾源的剖析
在圖1a電路中的整流器、功率管Q1，在圖1b電路中的功率管Q2～Q5、高頻變壓器T1、輸出整流二極管D1～D2都是高頻開關(guān)電源作業(yè)時發(fā)生電磁攪擾的首要攪擾源，具體剖析如下。
（1）整流器整流過程發(fā)生的高次諧波會沿著電源線發(fā)生傳導(dǎo)攪擾和輻射攪擾。
（2）開關(guān)功率管作業(yè)在高頻導(dǎo)通和截止的狀況，為了下降開關(guān)損耗，前進(jìn)電源功率密度和整體效率，開關(guān)管的翻開和關(guān)斷的速度越來越快，一般在幾微秒，開關(guān)管以這樣的速度翻開和關(guān)斷，構(gòu)成了浪涌電壓和浪涌電流，會發(fā)生高頻高壓的尖峰諧波，對空間和溝通輸入線構(gòu)成電磁攪擾。
（3）高頻變壓器T1進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換的一起，發(fā)生了交變的電磁場，向空間輻射電磁波，構(gòu)成了輻射攪擾。變壓器的分布電感和電容發(fā)生振動，并通過變壓器初次級之間的分布電容耦合到溝通輸入回路，構(gòu)成傳導(dǎo)攪擾。
（4）在輸出電壓比較低的情況下，輸出整流二極管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，也是一種電磁攪擾源。
因?yàn)槎O管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響，使之工作在很高的電壓和電流變化率下，二極管反向恢復(fù)的時間越長，則尖峰電流的影響也越大，攪擾信號就越強(qiáng)，由此發(fā)生高頻衰減振動，這是一種差模傳導(dǎo)攪擾。
一切發(fā)生的這些電磁信號，通過電源線、信號線、接地線等金屬導(dǎo)線傳輸?shù)酵獠侩娫葱纬蓚鲗?dǎo)攪擾。通過導(dǎo)線和器材輻射或通過充當(dāng)天線的互連線輻射的攪擾信號形成輻射攪擾。
3針對高頻開關(guān)電源電磁攪擾的電磁兼容規(guī)劃
（1）開關(guān)電源進(jìn)口加電源濾波器，按捺開關(guān)電源所發(fā)生的高次諧波。
（2）輸入輸出電源線上加鐵氧體磁環(huán)，一方面按捺電源線內(nèi)的高頻共模，另一方面減小通過電源線輻射的攪擾能量。
（3）電源線盡可能接近地線，以減小差模輻射的環(huán)路面積；把輸入溝通電源線和輸出直流電源線分開走線，減小輸入輸出間的電磁耦合；信號線遠(yuǎn)離電源線，接近地線走線，并且走線不要過長，以減小回路的環(huán)面積；PCB板上的線條寬度不能驟變，角落采用圓弧過渡，盡量不采用直角或尖角。
（4）對芯片和MOS開關(guān)管裝置去耦電容，其方位盡可能地接近并聯(lián)在器材的電源和接地管腳。
（5）因?yàn)榻拥貙?dǎo)線存在Ldi/dt，PCB板和機(jī)殼間接地采用銅柱銜接，對不適合用銅柱銜接的采用較粗的導(dǎo)線，并就近接地。
（6）在開關(guān)管以及輸出整流二極管兩頭加RC吸收電路，吸收浪涌電壓。
4高頻開關(guān)電源電磁攪擾測驗(yàn)曲線
在3m法電波暗室對試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行測驗(yàn)，其L、N線的傳導(dǎo)攪擾檢測曲線如圖2、3所示，輻射攪擾的垂直極化掃描曲線如圖4、5所示。
依據(jù)鐵路客運(yùn)專線規(guī)范規(guī)定，傳導(dǎo)攪擾限值和輻射攪擾限值如表1、2所示。
本開關(guān)電源 通過了傳導(dǎo)攪擾的測驗(yàn)，測驗(yàn)波形如圖2、3所示。輻射攪擾高頻段230～1000MHz也測驗(yàn)合格，如圖5所示。只是在30～200MHz頻段范圍內(nèi)的垂直極化指標(biāo)超支， 超支20dB，如圖4所示。
由測驗(yàn)成果能夠看出，通過電磁兼容規(guī)劃在傳導(dǎo)攪擾按捺方面取得了杰出作用，在高頻段輻射攪擾的規(guī)劃也達(dá)到了預(yù)期作用，下面還需對在30～200MHz頻段范圍內(nèi)的輻射攪擾進(jìn)行改進(jìn)規(guī)劃。
由圖4能夠看出，本開關(guān)電源存在輻射攪擾超支的現(xiàn)象，為了按捺電磁攪擾而使用鐵氧體元件，價格便宜，作用顯著。
鐵氧體元件等效電路是電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數(shù)。低頻時，R很小，L起主要作用，電磁攪擾被反射而受到按捺；高頻時，R增大，電磁攪擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能，使高頻攪擾大大衰減。不同的鐵氧體按捺元件，有不同的 按捺頻率范圍?？倸w，選擇和裝置鐵氧體元件可參照如下幾條：
（1）鐵氧體的體積越大，按捺作用越好；
（2）在體積一守時，長而細(xì)的形狀比短而粗的按捺作用好；
（3）內(nèi)徑越小按捺作用也越好；
（4）橫截面越大，越不易飽和；
（5）磁導(dǎo)率越高，按捺的頻率就越低；
（6）鐵氧體按捺元件應(yīng)當(dāng)裝置在接近攪擾源的地方；
（7）在輸入、輸出導(dǎo)線上裝置時，應(yīng)盡量接近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。
依據(jù)上面對高頻開關(guān)電源攪擾源和鐵氧體元件的剖析，決定在接近攪擾源的地方套磁珠與磁環(huán)。
圖1a中電容C1的接地端套鐵氧體磁珠（φ3.5×φ1.3×3.5），圖1b中整流二極管D1和D2使用肖特基二極管，其陽極套鐵氧體磁珠（φ3.5×φ1.3×3.5），直流輸出線纜用鐵氧體磁環(huán)（φ13.5×φ7.5×7）繞兩圈且接近出口處。通過處理后從頭測驗(yàn)，其掃描曲線如圖6所示。
由此可見，大部分頻段的輻射攪擾已被按捺到規(guī)范要求以下，但在頻率81、138、165kHz附近處依然超支。
依據(jù)對開關(guān)電源電磁攪擾源的剖析可知，在圖1b電路中高頻變壓器T1也是一個攪擾源。為了阻止高頻變壓器發(fā)生的攪擾信號以輻射方式發(fā)射，把變壓器的外殼用屏蔽材料銅箔環(huán)繞一圈構(gòu)成一回路加以屏蔽，以切斷變壓器通過空間耦合形成的輻射攪擾傳達(dá)途徑。
并且為了減少因變壓器側(cè)注冊時電流瞬間驟變發(fā)生的di／dt攪擾，在變壓器T1的 側(cè)串進(jìn)1個電感，以減小器材的注冊損耗，下降輻射攪擾信號。通過整改后，輻射攪擾大大下降，再次對本電源輻射攪擾進(jìn)行測驗(yàn)，徹底達(dá)到了規(guī)范要求，其測驗(yàn)成果如圖7所示。
5隨著高頻開關(guān)電源等電子產(chǎn)品電磁兼容重要性的凸現(xiàn)，咱們應(yīng)該在產(chǎn)品規(guī)劃初期階段，一起進(jìn)行電磁兼容規(guī)劃，此刻結(jié)構(gòu)和電路方案尚未定型，可選用的方法較多。
如果比及出產(chǎn)階段再去解決，不光給技術(shù)和工藝上帶來很大難度，并且會形成人力、財力和時間的極大糟蹋。所以，要走出規(guī)劃修改法的誤區(qū)，正確運(yùn)用系統(tǒng)規(guī)劃法。
與EMI相關(guān)的因素多且復(fù)雜，僅做到上述的幾點(diǎn)措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還有接地技術(shù)、PCB布局走線等都很重要。電磁兼容的規(guī)劃任重而道遠(yuǎn)，咱們要不斷進(jìn)行研究探索，使我國的電子產(chǎn)品電磁兼容水平與世界同步。
