大功率开关电源中EMI干扰的抑制

1 引言

随着开关电源应用领域的不断扩大，其电磁干扰已成为一个很严重的问题，为了使电源产品满足EMC的要求，设计人员就应在设计阶段考虑这一问题，同时也要做好在现场处理这一问题的准备。

2 开关电源EMI的特点与危害

开关电源的功率管工作在非线性条件下，采用脉宽调制（PWM）开关控制方式 ，加之开关频率的不断提高，使得电磁干扰越来越突出，对电网造成污染。

因干扰的存在，输入电源的电网受到了干扰，影响到其它设备，使其不能正常的工作，也影响到电网的供电质量。所以寻找干扰抑制的方法是很必要的。

3 大功率开关电源中EMI抑制实验

在中科院近代物理研究所新建的大型物理实验装置CSR冷却存储环中，有大量开关电源为磁铁提供电能，以满足试验所需的磁场能量。其中195A/370V开关电源就是运用在其冷却段。

由于在设计和生产阶段，厂家未考虑电磁兼容问题，以至于在安装调试阶段，造成对其他设备的影响，也是输入电网受到污染，为此我们按照图1（a）所示得方案，对其进行EMI干扰测试，其结果见图1（b）。测试仪器是德国SCHWARZBECK公司生产的FCKL1528接收机一台，NNLK 8129线路阻抗稳定网络（LISN）一台，计算机一台。



图1（a）测试方案



图1（b）测试数据

根据图1的方案和结果可以看出，在该台设备未做任何改造以前，其EMI干扰是存在的，而且很严重超越国家标准GB4824-2001关于1组A类传导骚扰的标准（150KHz～0.5MHz 是79dB， 0.5MHz～ 30MH是73 dB），尤其是在 150KHz～2MHz之间。为此，我们采用了截断干扰源的方法，即利用EMI滤波器（滤波器的接地要可靠）和一变压器（△/Y-11接发），该变压器其隔离作用，其中EMI滤波器的原理图如图2所示，共按照三种方案测试，通过测试，找出适合我们需要的方案。



图2　 EMI滤波器的原理图

1、方案一及测试数据



图3（a）方案一　



图3（b）由方案一测得得数据

2、试验方案二及测试数据



图4（a）方案二　



图4（b）由方案二测得得数据

3、试验方案三及测试数据



图5（a）方案三　



图5（b）由方案三测得得数据

经过一系列的实验，我们可以看出，按照方案一（图3a）进行改造，可以使设备的EMI传导干扰在150KHz～1.5MHz平均衰减15dB（由图1b和图3b比较所得）;按照方案二（图4a）进行改造，可以使设备的EMI传导干扰在150KHz～1.5MHz平均衰减30dB（由图1b和图4b比较所得）; 按照方案三（图5a）进行改造，可以使设备的EMI传导干扰在150KHz～1.5MHz平均衰减35dB（由图1b和图5b比较所得）。

对于不同的方案，为什么会有不同的结果？因为我们的目的是降低EMI干扰。为了达到这一目的，我们采用的是在电网与电源之间插入EMI滤波器，这样就可以达到干扰信号的衰减。但由于不同的方案所插入滤波器的阻抗值不同，插入损耗也不同，插入损耗的计算可由下式求得：



式中：V1- 没有滤波器时负载上的噪声电压：V2- 插入滤波器时负载上的噪声电压。

从数据的分析，我们可以看出，我们所采用的方案都对EMI传导干扰起到了抑制作用，但从噪音衰减的数值分析，方案二是最优的。最终我们采用方案二做为本次改造的最优方案。