開關電源運行中的電網干擾及其抑制
2006/5/22 16:57:51 電源在線網
開關電源對電網的干擾電壓是在電網和開關電源之間加入LISN的50Ω的電阻上測得的。德國標準VDE和美國標準FCC都對開關電源對電網傳導干擾的的極限進行了規定。標準又分為A類和B類。其中，A類標準是針對那些用在工業、商業和辦公環境的裝置的，而B類標準則是針對那些用于民居的裝置而設立的，由于涉及民用，其標準更為嚴格，要求也更高。
常用的減少對電網干擾的方法有以下幾種：
減少電壓過沖
減少電壓過沖既可避免管子承受過高的電壓，又可減少對電網的高頻噪聲。選擇反向恢復電流小的二極管（如碳化硅二極管）也是一種減小干擾源強度的可行的方法。雖然調整觸發脈沖的跳變沿和加大柵極的電阻等可以降低dv/dt,但這會加大開關損耗和降低整個裝置的效率，需要從開關電源的各項性能來綜合考慮其取舍。
改進調制方法
將頻率不變的調制改為隨機調制（Random Modulation）、變頻調制(Switching Frequency Modulation)和所謂“∑Δ”調制等。頻率固定不變的調制脈沖產生的干擾低頻段主要是調制頻率的諧波干擾， 低頻段的干擾主要是集中在各諧波點上，而隨機調制等方法產生的低頻干擾則分散在一定的頻段上，因此，采用上述措施有利于開關電源通過電磁干擾的頻譜特性的測試，使之符合電源的電磁標準的。近年來，國際上對這一方面研究比較多。
增加輸入濾波器
（1）和（2）兩種方法主要是從減少干擾源的強度著手的，而增加濾波器則是從改變耦合通道的特性入手的。增加的共模濾波器是可以減少開關電源對電網的干擾。如果不加輸入濾波器，電源對電網的干擾將大大超出相應的標準。而加入輸入濾波器后，電源對電網的干擾則會符合相應的標準。在測量時考慮到開關電源對電網的低頻段（10kHz-150kHz）干擾主要是開關頻率整數倍的各次諧波，故掃頻儀的頻帶分辨率為200Hz,而在150kHz-30MHz頻段頻帶分辨率為9kHz。另外，采取屏蔽措施也可以減少開關電源對電網的干擾。
這里要指出的是：電源通過電磁兼容的測試鑒定，達到標準的要求，與開關電源在使用過程中會不會引起不允許的干擾是兩回事。達到標準的電源使用或處理不當，在使用中也會引起嚴重的干擾。而且，開關電源既是一個電源裝置，也是一個噪聲發生裝置，它和受擾體之間是通過耦合通道連接在一起的，顯然耦合通道的特性與受擾體的特性配合不好而引起嚴重的干擾是可能的，開關電源并聯供電引起整個系統不穩定的現象也是存在的事實。有的受擾體對干擾的時域波形敏感，如有的數字電路在干擾脈沖作用下，會不會產生誤動作與時域波形有關，即不僅與脈沖幅度有關，而且還與脈寬有關。即便開關電源達到了相應的標準，但它對外產生干擾的時域波形引起較嚴重的干擾問題仍是可能的。基于以上考慮，有的開關電源用戶，除了要按標準檢測開關電源的電磁兼容性能外，還應當增加一些在開關電源的特定的使用條件下的某些干擾性能的檢測。
此外，有的開關元件在開通和關斷時產生的跳變是不同的，開通時產生的dv/dt會大于關斷時產生的dv/dt，對外產生的干擾也是前者大于后者。而且，導通時的跳變與負載等因素基本沒有關系。如果采用隨機調制電源和固定頻率的調制的電源兩者開關元件，如IGBT，其驅動回路的參數和驅動脈沖都相同，因此兩者的開關的電壓跳變相同；在兩者的對外干擾耦合通道也相同時，從對電網的干擾測試結果的頻域特性來看前者要優于后者。但對外的干擾的時域波形還是相同的，并不一定隨機調制的電源就優于固定頻率調制的電源。
常用的減少對電網干擾的方法有以下幾種：
減少電壓過沖
減少電壓過沖既可避免管子承受過高的電壓，又可減少對電網的高頻噪聲。選擇反向恢復電流小的二極管（如碳化硅二極管）也是一種減小干擾源強度的可行的方法。雖然調整觸發脈沖的跳變沿和加大柵極的電阻等可以降低dv/dt,但這會加大開關損耗和降低整個裝置的效率，需要從開關電源的各項性能來綜合考慮其取舍。
改進調制方法
將頻率不變的調制改為隨機調制（Random Modulation）、變頻調制(Switching Frequency Modulation)和所謂“∑Δ”調制等。頻率固定不變的調制脈沖產生的干擾低頻段主要是調制頻率的諧波干擾， 低頻段的干擾主要是集中在各諧波點上，而隨機調制等方法產生的低頻干擾則分散在一定的頻段上，因此，采用上述措施有利于開關電源通過電磁干擾的頻譜特性的測試，使之符合電源的電磁標準的。近年來，國際上對這一方面研究比較多。
增加輸入濾波器
（1）和（2）兩種方法主要是從減少干擾源的強度著手的，而增加濾波器則是從改變耦合通道的特性入手的。增加的共模濾波器是可以減少開關電源對電網的干擾。如果不加輸入濾波器，電源對電網的干擾將大大超出相應的標準。而加入輸入濾波器后，電源對電網的干擾則會符合相應的標準。在測量時考慮到開關電源對電網的低頻段（10kHz-150kHz）干擾主要是開關頻率整數倍的各次諧波，故掃頻儀的頻帶分辨率為200Hz,而在150kHz-30MHz頻段頻帶分辨率為9kHz。另外，采取屏蔽措施也可以減少開關電源對電網的干擾。
這里要指出的是：電源通過電磁兼容的測試鑒定，達到標準的要求，與開關電源在使用過程中會不會引起不允許的干擾是兩回事。達到標準的電源使用或處理不當，在使用中也會引起嚴重的干擾。而且，開關電源既是一個電源裝置，也是一個噪聲發生裝置，它和受擾體之間是通過耦合通道連接在一起的，顯然耦合通道的特性與受擾體的特性配合不好而引起嚴重的干擾是可能的，開關電源并聯供電引起整個系統不穩定的現象也是存在的事實。有的受擾體對干擾的時域波形敏感，如有的數字電路在干擾脈沖作用下，會不會產生誤動作與時域波形有關，即不僅與脈沖幅度有關，而且還與脈寬有關。即便開關電源達到了相應的標準，但它對外產生干擾的時域波形引起較嚴重的干擾問題仍是可能的。基于以上考慮，有的開關電源用戶，除了要按標準檢測開關電源的電磁兼容性能外，還應當增加一些在開關電源的特定的使用條件下的某些干擾性能的檢測。
此外，有的開關元件在開通和關斷時產生的跳變是不同的，開通時產生的dv/dt會大于關斷時產生的dv/dt，對外產生的干擾也是前者大于后者。而且，導通時的跳變與負載等因素基本沒有關系。如果采用隨機調制電源和固定頻率的調制的電源兩者開關元件，如IGBT，其驅動回路的參數和驅動脈沖都相同，因此兩者的開關的電壓跳變相同；在兩者的對外干擾耦合通道也相同時，從對電網的干擾測試結果的頻域特性來看前者要優于后者。但對外的干擾的時域波形還是相同的，并不一定隨機調制的電源就優于固定頻率調制的電源。
聲明：本信息內容的真實性未經電源在線網證實，僅供參考。
