開關電源憑借其體積小、重量輕、效率高的顯著優(yōu)勢，在現代電子設備中廣泛應用。然而，由于其工作在高頻開關狀態(tài)，不可避免地會產生電磁干擾(EMI)。這種干擾不僅會影響自身性能，還可能對周圍其他電子設備的正常運行造成嚴重干擾。因此，有效抑制開關電源的電磁干擾，對于保障電子設備的穩(wěn)定運行和提高系統(tǒng)的電磁兼容性至關重要。

電磁干擾產生機制

傳導干擾

傳導干擾主要通過電源線、信號線等導體進行傳播。在開關電源中，功率開關管的快速通斷會導致電流的急劇變化，產生高 di/dt(電流變化率)，進而在輸入、輸出的濾波電容上感應出干擾電壓。例如，在一個簡單的 Buck 變換器中，當開關管導通時，電感電流迅速上升，在濾波電容的等效電感上產生較大的感應電壓，形成差模干擾。同時，由于電路中存在寄生電容，開關管的電壓變化會產生高 dv/dt(電壓變化率)，導致共模干擾電流通過寄生電容流向大地或其他導體。

輻射干擾

輻射干擾則是通過空間以電磁波的形式傳播。根據麥克斯韋電磁場理論，導體中變化的電流會在其周圍空間產生變化的磁場，而變化的磁場又會產生變化的電場，兩者相互作用形成電磁波。在開關電源電路中，主電路中的元器件、連線等都可等效為天線，成為電磁輻射源。例如，電感線圈可視為磁偶極子，二極管、開關管、電容等可看成電偶極子，它們在工作時產生的變化電流會向周圍空間輻射電磁波。

電磁干擾抑制技術

屏蔽技術

屏蔽技術是抑制電磁干擾的有效手段之一。它通過使用導電良好的材料對電場進行屏蔽，用導磁率高的材料對磁場進行屏蔽，從而阻止電磁波的傳播。在開關電源中，可對發(fā)出電磁波的關鍵元器件，如變壓器、電感器、功率器件等進行屏蔽。通常采用銅板或鐵板在這些元器件周圍構建屏蔽層，使電磁波在屏蔽層中產生衰減，從而減少對周圍環(huán)境的干擾。同時，對于對抗電磁波能力較弱的元器件，在必要情況下也應采取相應的屏蔽措施，以防止其受到外部電磁干擾的影響。

接地技術

接地技術在開關電源的抗干擾和電磁兼容設計中占據重要地位。然而，不正確的接地方式不僅無法抑制干擾，反而可能增加共地線干擾、地環(huán)路干擾等問題。為避免各種電路在工作中相互干擾，需根據電路性質將工作接地進行合理分類。

交流地與直流地分開：交流電源的零線通常接地，但由于接地電阻和其上流過的電流，零線電位并非大地的零電位，且零線上往往存在大量干擾。若交流地與直流地不分開，這些干擾會對直流電源和后續(xù)直流電路的正常工作產生嚴重影響。因此，在開關電源中采用浮地技術，將交流電源地與直流電源地分開，能夠有效隔離來自交流電源地線的干擾。

模擬地與數字地分開：隨著數字開關電源的發(fā)展，數字芯片與模擬電路之間的干擾問題日益突出。為抑制對數字芯片的干擾，需要使用脈沖變壓器和線性光電耦合器等器件對數字電路與模擬電路信號進行隔離，以提高整個電路的電磁兼容性。

功率地與弱電地分開：功率地是負載電路或功率驅動電路的零電位公共基準地線，由于這些電路的電流較強、電壓較高，功率地線上的干擾較大。因此，必須將功率地與其他弱電地分別設置，以確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。

濾波技術

濾波技術是抑制傳導干擾的關鍵方法。通過在電源輸入和輸出端安裝合適的濾波器，可以有效濾除不需要的高頻噪聲信號。常見的濾波器包括 EMI 濾波器，其工作原理是利用電感和電容組成的電路特性，阻止高頻噪聲信號的傳遞。EMI 濾波器可分為傳導型濾波器和輻射型濾波器。傳導型濾波器通常安裝在電源線和信號線上，通過電感和電容的組合來抑制特定頻率范圍內的干擾信號;輻射型濾波器則用于消除設備內部產生的輻射干擾，通過在電路板上特定位置安裝濾波元件來實現。

其他技術

緩沖電路：在開關變換器中，開關管和二極管在開通和關斷過程中，由于變壓器漏感、線路電感、二極管存儲電容和分布電容等因素，容易產生尖峰電壓和電流。緩沖電路可以有效抑制這些尖峰，減緩 dv/dt 和 di/dt 的變化率，從而降低電磁干擾。例如，常用的 RC/RCD 吸收回路，當吸收回路上的電壓超過一定幅度時，回路中的器件迅速導通，將浪涌能量泄放掉，同時將浪涌電壓限制在一定幅度。

開關頻率調制技術：開關干擾的能量主要集中在特定頻率上，頻譜峰值較大。頻率控制技術可將這些能量分散在較寬頻帶上，降低干擾頻譜峰值。常見的有隨機頻率法和調制頻率法。隨機頻率法是在電路開關間隔中加入隨機擾動分量，使開關干擾能量分散在一定范圍頻帶中;調制頻率法則是在鋸齒波中加入調制波，在產生干擾的離散頻段周圍形成邊頻帶，將干擾的離散頻帶調制展開成一個分布頻帶，使干擾能量分散到這些分布頻段上。

軟開關技術：開關電源的干擾之一來自功率開關管通 / 斷時的 du/dt，減小功率開關管通 / 斷的 du/dt 可有效抑制開關電源干擾。軟開關技術通過在開關電路基礎上增加小電感、電容等諧振元件構成輔助網絡，在開關過程前后引入諧振過程，使開關開通前電壓先降為零，消除開通過程中電壓、電流重疊現象，降低甚至消除開關損耗和干擾。根據原理可分為零電流關斷和零電壓開通。

結論

開關電源的電磁干擾問題嚴重影響電子設備的性能和可靠性。通過深入了解電磁干擾的產生機制，并綜合運用屏蔽、接地、濾波、緩沖電路、開關頻率調制和軟開關等多種抑制技術，可以有效地降低開關電源的電磁干擾，提高其電磁兼容性。在實際應用中，需要根據具體的電路設計和應用場景，合理選擇和優(yōu)化這些抑制方法，以實現最佳的抗干擾效果，確保電子設備在復雜的電磁環(huán)境中穩(wěn)定可靠地運行。