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电磁兼容性问题在高频开关电源设计中的研究

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摘要：说明了开关电源的组成及工作原理；从开关电源的各组成部分出发,分析了电磁骚扰产生的机理，提出了应采取的相应抑制措施；讨论了电磁兼容设计中需要加以注意的问题。

关键词：开关电源；电磁干扰；抑制措施；电磁兼容

引言

开关电源与线性稳压电源相比，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等许多优点，己被广泛应用于计算机及其外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域。但开关电源的突出缺点是能产生较强的电磁干扰（EMI）。EMI信号既具有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐射后会污染电磁环境，对通信设备和电子产品造成干扰。如果处理不当，开关电源本身就会变成一个骚扰源。目前，电子产品的电磁兼容性（EMC）日益受到重视，抑制开关电源的EMI，提高电子产品的质量，使之符合EMC标准，已成为电子产品设计者越来越关注的问题。本文就高频开关电源设计中的电磁兼容性问题进行了探讨。

1 开关电源的组成及工作原理

1.1 组成

开关电源的组成框图如图1所示，它由以下几个部分组成：
1）主电路包括输入滤波器、整流与滤波、逆变、输出整流与滤波；
2）控制与保护电路；
3）检测与显示电路除了提供保护电路所需的各种参数外，还提供各种显示数据；
4）辅助电源。

1.2 开关稳压电源原理

开关稳压电源电路如图2所示。图2中的开关K以一定的时间间隔重复地接通和断开，在K接通时，输入电源Vin通过K和滤波电路供电给负载RL，当K断开时，输入电源Vin便中断了能量的提供。可见，输入电源向负载提供能量是断续的，为使负载能得到连续的能量提供，开关稳压电源必须要有一套储能装置，在开关接通时将一部份能量储存起来，在开关断开时，向负载释放。图2中，由储能电感L、滤波电容C2和续流二极管D组成的电路，就具有这种功能。在AB间的电压平均值VAB可用式（1）表示。
VAB=Vinton/T=DVin （1）
式中：ton为K导通时间；
T为K工作周期；
D为占空比，D=ton/T。
由式（1）可知，改变D，即可改变VAB。因此，随着负载及输入电源电压的变化调整D便能使输出电压Vo维持不变。这种控制方法称为时间比率控制（Time Ratio Control,缩写为TRC）。按TRC原理，它有3种方式：
1）脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，缩写为PWM）其开关周期恒定，通过改变脉冲宽度来改变占空比的方式；
2）脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation，缩写为PFM）导通脉冲宽度恒定，通过改变开关工作频率来改变占空比的方式；
3）混合调制导通脉冲宽度和开关工作频率均不固定，彼此都能改变的方式，它是以上二种方式的结合。