除了共模电感以外,图4中的电容CY1及CY2也是用来滤除共模干扰的。共模滤波的衰减在低频时主要由电感器起作用,而在高频时大部分由电容CY1及CY2起作用。电容CY的选择要根据实际情况来定,由于电容CY接于电源线和地线之间,承受的电压比较高,所以,需要有高耐压、低漏电流特性。因此,电容CY的大小受到了限制,一般为2.2~33nF。电容类型一般为瓷片电容,使用中应注意在高频工作时电容器CY与引线电感的谐振效应。
而差模
干扰抑制器通常使用低通滤波元件构成,最简单的就是一只滤波电容接在两根
电源线之间而形成的输入滤波电路(如图4中电容CX1),只要电容选择适当,就能对高频
干扰起到抑制作用。该电容对高频
干扰阻抗甚底,故两根
电源线之间的高频
干扰可以通过它,它对工频信号的阻抗很高,故对工频信号的传输毫无影响。该电容的选择主要考虑耐压值,只要满足功率线路的耐压等级,并能承受可预料的电压冲击即可。为了避免放电电流引起的冲击危害,CX电容容量不宜过大,一般在0.01~0.1μF之间。电容类型为
陶瓷电容或聚酯薄膜电容。
3.2.2电路隔离
在开关电源中,电路的隔离主要有:模拟电路的隔离、数字电路的隔离、数字电路与模拟电路之间的隔离。主要目的是通过隔离元器件把电磁干扰的路径切断,从而达到抑制电磁干扰的效果。这种电路的隔离在目前市场上的数字式开关电源上已经较为普遍,而且技术也相当成熟。它主要是利用光电耦合器进行电路隔离,利用它的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小,因此分压在光电耦合器的输入端的干扰电压较小,它所能提供的电流并不大,不易使半导体二极管发光;同时光电耦合器的外壳是密封的,它不受外部光的影响;而且光电耦合器的隔离电阻很大(约1012Ω)、隔离电容很小(约几个pF)所以能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。
3.2.3 PCB板的合理布局与布线
开关电源的辐射干扰与电流通路中的电流大小,通路的环路面积,以及电流频率的平方等三者的乘积成正比,即辐射干扰E∝I·A·f 2。运用这一关系的前提是通路尺寸远小于频率的波长。上述关系式表明减小通路面积是减小辐射骚扰的关键,这是说开关电源的元器件要彼此紧密排列。在初级电路中,要求输入端电容、晶体管和变压器彼此靠近,且布线紧凑;在次级电路中,要求二极管、变压器和输出端电容彼此贴近。在印制板上,将正负载流导线分别布在印制板的两面,并设法使两个载流导体彼此间保持平行,因为平行紧靠的正负载流导体所产生的外部磁场是趋向于相互抵消的。同时电路中的电流环路应保持最小;信号线和回线以及电源线和地线应相互接近。
3.3增强受干扰体的抗干扰能力
3.3.1利用磁珠,提高电路的抗干扰能力
磁珠的主要原料为铁氧体,铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料,铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金,它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似,颜色为灰黑色。在电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料,许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大,具有很高的导磁率,它可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常应用于高频情况,因为在低频时它们主要呈现电感特性,使得损耗很小。在高频段,阻抗主要由电阻成分构成,随着频率的升高,磁芯的磁导率降低,导致电感的电感量减小,感抗成分减小,但是,这时磁芯的损耗增加,电阻成分增加,导致总的阻抗增加,当高频信号通过铁氧体时,电磁干扰被吸收并转换成热能的形式消耗掉。
3.3.2 屏蔽
采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰,即用电导率良好的材料对电场进行屏蔽,用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。屏蔽有两个目的,一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出,二是防止外来的辐射干扰进入该内部区域。其原理是利用屏蔽体对电磁能量的反射、吸收和引导作用。为了抑制开关电源产生的辐射,电磁骚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。
3.3.3 接地
所谓接地,就是在两点间建立传导通路,以便将电子设备或元器件连接到某些叫作“地”的参考点上。接地是开关电源设备抑制电磁干扰的重要方法,电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。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,当磁力线穿过该环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。在低频和高频共存的电路系统中,应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参考点上。
4 结语
开关电源电磁干扰与电磁兼容是一个十分复杂的问题, 特别是在如今开关电源体积越来越小,功率密度越来越大的趋势下。逐渐地成为了开关电源稳定性的一个关键因素,也是一个最容易忽视的方面。当然产生开关电源电磁干扰的因素还很多,抑制电磁干扰还有大量的工作。唯一不变的是只有在设计时充分考虑电磁兼容问题,才能使开关电源得到更普遍的应用。