6.2 开关电源的电磁骚扰发射原因分析

如图6.1所示为开关电源的主要部分，用于说明电源中电磁骚扰的产生与耦合途径。

6.2.1 输入整流回路

在输入整流回路中，整流管VD1～VD4只有在脉动电压超过输入滤波电容C8上的电压的时候才能导通，电流才从市电电源输入，并对C8进行充电。一旦C8上的电压高于市电电源的瞬时电压，整流管便截止。所以输入整流回路的电流是脉冲性质的，有着丰富的高次谐波电流。输入电流与市电电源电压的不同步，还导致了开关电源的功率因数低下，一般只在0.65左右。

6.2.2 开关回路

开关电源工作时，开关管Q处在高频通断状态，经由高频变压器T初级线圈、开关管Q和输入滤波电容C8形成了一个高频电流环路。这个环路的存在，就可能对空间形成电磁辐射。辐射骚扰的强度（包括电场和磁场骚扰）与IAf2的乘积成正比。其中，I是高频电流环路中的电流强度；A是环路所包围的面积；f是电流频率。注意，运用上述关系的条件是回路的尺寸远小于频率分量的波长。此外，式中电流是由配套电子设备对电源的要求而定的；频率则由电源的重量、滤波要求和系统效率来确定。

输入滤波电容C8对电磁骚扰的形成也有一定影响，如果C8的电容量不足够大，则对输入滤波就感不足，这时高频电流还会以差模方式传导到交流电源中去。

此外，开关回路中，开关管驱动的负载是高频变压器的初级线圈，是电感性的。由于高频变压器结构不是完全理想，除了初级电感外，还存在一定的漏电感。所以在开关管关断的瞬间，变压器中储存的能量不能100%地传送到次级，结果在高频变压器的漏电感上感应了出一个尖峰高电压，如果尖峰有足够高的幅度，那么很有可能会导致开关管Q被击穿。

6.2.3 次级整流回路

开关电源在工作时，次级整流回路的VD5也处于高频通断状态。高频变压器次级线圈、整流二极管VD5和滤波电容C9构成了高频开关电流的环路。由于有这个环路的存在，同样也有可能对空间形成电磁辐射。

次级整流回路中的二极管在正向导通时PN结被充电；在加反向电压时，积累的电荷将被抛散，并因此产生反向电流，这个过程非常短暂。所以在有分布电感（如变压器的漏感等）和分布电容（如二极管的结电容等）存在的回路里，实际上构成了一个高频的谐振电路，当二极管截止瞬间的电流变化非常剧烈时，在整个次级整流回路中会产生高频衰减振荡。其后果是：① 如果振荡的幅度超过整流二极管的反向击穿电压，就可能导致整流二极管被击穿；②即使整流二极管不被击穿，在次级回路中的高频振荡现象也会成为对外界的差模辐射；③ 在开关电源输出端的直流滤波电容，由于滤波电容中存在的等效串联电感削弱了电容本身的旁路作用，所以在开关电源输出端会出现频率很高的尖峰干扰（在示波器的屏幕上展开观察，就是高频衰减振荡），如图6.2所示。

6.2.4 控制回路

在控制回路中，脉冲控制信号是主要的骚扰源，只不过与其他各项骚扰信号比较起来，控制回路的这点骚扰也就算不了什么了。

6.2.5 由分布电容引起的骚扰

1.初级回路开关管外壳与散热器的容性耦合引起的共模传导骚扰

初级回路中开关管外壳与散热器之间的容性耦合会在电源输入端产生传导的共模骚扰。该共模传导的途径形成一个环路，该环路始于高du/dt的散热器和安全接地线，通过交流电源的高频导纳和输入电源线（相线和中线）返回。

对初级电路来说，经整流后的直流电压为300V左右，直流变换器就在这个电压下工作。对于开关电源中的开关管来说，开关波形上升与下降时间做到100ns的情况并不困难，因此，开关波形的电压变化率实际上达到了300V/100ns或3kV/1μs。当用硅酯涂复的导热绝缘垫片垫在开关管与散热器之间时，开关晶体管的管壳与散热器之间的分布电容大约为50pF，所以波形瞬变时经过分布电容流到散热器，最后进入安全地的共模瞬变电流要达到

I=C×du/dt=50×10-12×（3000/10-6）=150mA

2.高频变压器初次级之间分布电容引起的共模传导骚扰

共模干扰是一种相对大地的干扰，所以它不会通过变压器“电生磁和磁生电”的机理来传递，而必须通过变压器绕组间的耦合电容传递。而在开关电源的高频变压器初次级之间存在着分布电容是个不争的事实，我们用一个装置电容（装置对地的分布电容）来与整个开关电源等效，就得到了如图6.3所示的干扰通路，共模干扰通过变压器的耦合电容，经过装置电容再返回大地的。于是就得到一个由变压器耦合电容与装置电容构成的分压器，共模电压就按照分压器中电容量的大小来分压，分到的电压为

e2=e1Z2/Z

至此已简略地讨论了开关电源的电磁骚扰起因，由此形成的电磁骚扰有射频辐射性质的，也有射频传导性质的，当然也还有谐波电流的发生问题。

但是从开关电源的工作情况看，电磁骚扰发射的起因主要还是来源于晶体管的逆变工作状态（开关晶体管、高频变压器和输出整流回路在工作时产生这种du/dt和di/dt变化率很大以及辐度很大的电压和电流脉冲）。就目前的晶体管开关速度看，逆变器的工作频率大体上都设计在几十kHz至几百kHz范围内，即使考虑了逆变器工作所形成的高次谐波，其谐波的主要高频成分也只有几十兆赫兹，一般不会超过200MHz，因此是属于“窄频”性质的骚扰，而且骚扰的频率相对偏低。