开关电源运行中的电网干扰及其抑制
2006/5/22 16:57:51 电源在线网
开关电源对电网的干扰电压是在电网和开关电源之间加入LISN的50Ω的电阻上测得的。德国标准VDE和美国标准FCC都对开关电源对电网传导干扰的的极限进行了规定。标准又分为A类和B类。其中，A类标准是针对那些用在工业、商业和办公环境的装置的，而B类标准则是针对那些用于民居的装置而设立的，由于涉及民用，其标准更为严格，要求也更高。
常用的减少对电网干扰的方法有以下几种：
减少电压过冲
减少电压过冲既可避免管子承受过高的电压，又可减少对电网的高频噪声。选择反向恢复电流小的二极管（如碳化硅二极管）也是一种减小干扰源强度的可行的方法。虽然调整触发脉冲的跳变沿和加大栅极的电阻等可以降低dv/dt,但这会加大开关损耗和降低整个装置的效率，需要从开关电源的各项性能来综合考虑其取舍。
改进调制方法
将频率不变的调制改为随机调制（Random Modulation）、变频调制(Switching Frequency Modulation)和所谓“∑Δ”调制等。频率固定不变的调制脉冲产生的干扰低频段主要是调制频率的谐波干扰， 低频段的干扰主要是集中在各谐波点上，而随机调制等方法产生的低频干扰则分散在一定的频段上，因此，采用上述措施有利于开关电源通过电磁干扰的频谱特性的测试，使之符合电源的电磁标准的。近年来，国际上对这一方面研究比较多。
增加输入滤波器
（1）和（2）两种方法主要是从减少干扰源的强度着手的，而增加滤波器则是从改变耦合通道的特性入手的。增加的共模滤波器是可以减少开关电源对电网的干扰。如果不加输入滤波器，电源对电网的干扰将大大超出相应的标准。而加入输入滤波器后，电源对电网的干扰则会符合相应的标准。在测量时考虑到开关电源对电网的低频段（10kHz-150kHz）干扰主要是开关频率整数倍的各次谐波，故扫频仪的频带分辨率为200Hz,而在150kHz-30MHz频段频带分辨率为9kHz。另外，采取屏蔽措施也可以减少开关电源对电网的干扰。
这里要指出的是：电源通过电磁兼容的测试鉴定，达到标准的要求，与开关电源在使用过程中会不会引起不允许的干扰是两回事。达到标准的电源使用或处理不当，在使用中也会引起严重的干扰。而且，开关电源既是一个电源装置，也是一个噪声发生装置，它和受扰体之间是通过耦合通道连接在一起的，显然耦合通道的特性与受扰体的特性配合不好而引起严重的干扰是可能的，开关电源并联供电引起整个系统不稳定的现象也是存在的事实。有的受扰体对干扰的时域波形敏感，如有的数字电路在干扰脉冲作用下，会不会产生误动作与时域波形有关，即不仅与脉冲幅度有关，而且还与脉宽有关。即便开关电源达到了相应的标准，但它对外产生干扰的时域波形引起较严重的干扰问题仍是可能的。基于以上考虑，有的开关电源用户，除了要按标准检测开关电源的电磁兼容性能外，还应当增加一些在开关电源的特定的使用条件下的某些干扰性能的检测。
此外，有的开关元件在开通和关断时产生的跳变是不同的，开通时产生的dv/dt会大于关断时产生的dv/dt，对外产生的干扰也是前者大于后者。而且，导通时的跳变与负载等因素基本没有关系。如果采用随机调制电源和固定频率的调制的电源两者开关元件，如IGBT，其驱动回路的参数和驱动脉冲都相同，因此两者的开关的电压跳变相同；在两者的对外干扰耦合通道也相同时，从对电网的干扰测试结果的频域特性来看前者要优于后者。但对外的干扰的时域波形还是相同的，并不一定随机调制的电源就优于固定频率调制的电源。
常用的减少对电网干扰的方法有以下几种：
减少电压过冲
减少电压过冲既可避免管子承受过高的电压，又可减少对电网的高频噪声。选择反向恢复电流小的二极管（如碳化硅二极管）也是一种减小干扰源强度的可行的方法。虽然调整触发脉冲的跳变沿和加大栅极的电阻等可以降低dv/dt,但这会加大开关损耗和降低整个装置的效率，需要从开关电源的各项性能来综合考虑其取舍。
改进调制方法
将频率不变的调制改为随机调制（Random Modulation）、变频调制(Switching Frequency Modulation)和所谓“∑Δ”调制等。频率固定不变的调制脉冲产生的干扰低频段主要是调制频率的谐波干扰， 低频段的干扰主要是集中在各谐波点上，而随机调制等方法产生的低频干扰则分散在一定的频段上，因此，采用上述措施有利于开关电源通过电磁干扰的频谱特性的测试，使之符合电源的电磁标准的。近年来，国际上对这一方面研究比较多。
增加输入滤波器
（1）和（2）两种方法主要是从减少干扰源的强度着手的，而增加滤波器则是从改变耦合通道的特性入手的。增加的共模滤波器是可以减少开关电源对电网的干扰。如果不加输入滤波器，电源对电网的干扰将大大超出相应的标准。而加入输入滤波器后，电源对电网的干扰则会符合相应的标准。在测量时考虑到开关电源对电网的低频段（10kHz-150kHz）干扰主要是开关频率整数倍的各次谐波，故扫频仪的频带分辨率为200Hz,而在150kHz-30MHz频段频带分辨率为9kHz。另外，采取屏蔽措施也可以减少开关电源对电网的干扰。
这里要指出的是：电源通过电磁兼容的测试鉴定，达到标准的要求，与开关电源在使用过程中会不会引起不允许的干扰是两回事。达到标准的电源使用或处理不当，在使用中也会引起严重的干扰。而且，开关电源既是一个电源装置，也是一个噪声发生装置，它和受扰体之间是通过耦合通道连接在一起的，显然耦合通道的特性与受扰体的特性配合不好而引起严重的干扰是可能的，开关电源并联供电引起整个系统不稳定的现象也是存在的事实。有的受扰体对干扰的时域波形敏感，如有的数字电路在干扰脉冲作用下，会不会产生误动作与时域波形有关，即不仅与脉冲幅度有关，而且还与脉宽有关。即便开关电源达到了相应的标准，但它对外产生干扰的时域波形引起较严重的干扰问题仍是可能的。基于以上考虑，有的开关电源用户，除了要按标准检测开关电源的电磁兼容性能外，还应当增加一些在开关电源的特定的使用条件下的某些干扰性能的检测。
此外，有的开关元件在开通和关断时产生的跳变是不同的，开通时产生的dv/dt会大于关断时产生的dv/dt，对外产生的干扰也是前者大于后者。而且，导通时的跳变与负载等因素基本没有关系。如果采用随机调制电源和固定频率的调制的电源两者开关元件，如IGBT，其驱动回路的参数和驱动脉冲都相同，因此两者的开关的电压跳变相同；在两者的对外干扰耦合通道也相同时，从对电网的干扰测试结果的频域特性来看前者要优于后者。但对外的干扰的时域波形还是相同的，并不一定随机调制的电源就优于固定频率调制的电源。
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