開(kāi)關(guān)電源輻射騷擾傳導(dǎo)騷擾?。ǘ?/h1>

日期：2026-01-01 03:49

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摘要：3 開(kāi)關(guān)電源的輻射騷擾 3.1 輻射騷擾的空間傳輸 1. 遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng) 電磁能量以場(chǎng)的形式向四周傳播，就形成了輻射騷擾，場(chǎng)可以分為近場(chǎng)、和遠(yuǎn)場(chǎng)，近場(chǎng)又稱為感應(yīng)場(chǎng)，它的性質(zhì)與場(chǎng)源有密切的關(guān)系，如果場(chǎng)源是高電壓小電流的源，則近場(chǎng)主要是電場(chǎng)，如果場(chǎng)源是低壓大電流，則場(chǎng)源主要是磁場(chǎng)。無(wú)論近場(chǎng)是磁場(chǎng)或是電場(chǎng)，當(dāng)離場(chǎng)源的距離大于λ/2π時(shí)，均變成遠(yuǎn)場(chǎng)，又稱為輻射場(chǎng)。 由于開(kāi)關(guān)電源工作在高電壓，大電流的狀態(tài)下，近場(chǎng)即有電場(chǎng)，又有磁場(chǎng)。 2. 騷擾的輻射方式 ● 單點(diǎn)輻射，主要模擬各相同性的...

3 開(kāi)關(guān)電源的輻射騷擾

      3.1 輻射騷擾的空間傳輸

1. 遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)

           電磁能量以場(chǎng)的形式向四周傳播，就形成了輻射騷擾，場(chǎng)可以分為近場(chǎng)、和遠(yuǎn)場(chǎng)，近場(chǎng)又稱為感應(yīng)場(chǎng)，它的性質(zhì)與場(chǎng)源有密切的關(guān)系，如果場(chǎng)源是高電壓小電流的源，則近場(chǎng)主要是電場(chǎng)，如果場(chǎng)源是低壓大電流，則場(chǎng)源主要是磁場(chǎng)。無(wú)論近場(chǎng)是磁場(chǎng)或是電場(chǎng)，當(dāng)離場(chǎng)源的距離大于λ/2π時(shí)，均變成遠(yuǎn)場(chǎng)，又稱為輻射場(chǎng)。

         由于開(kāi)關(guān)電源工作在高電壓，大電流的狀態(tài)下，近場(chǎng)即有電場(chǎng)，又有磁場(chǎng)。

2. 騷擾的輻射方式

● 單點(diǎn)輻射，主要模擬各相同性的較小的輻射源，輻射的強(qiáng)度可表示為：



式中，P 表示發(fā)射的功率，r 表示離發(fā)射源的距離。可見(jiàn)，單點(diǎn)輻射強(qiáng)度與距離成反比，與發(fā)射源的功率的平方根成正比。

● 平行雙線環(huán)路的輻射

主要模擬差模電流回路的輻射源，其輻射強(qiáng)度可以表示為：



        式中 A 為差模電流所包圍的面積，I 是差模電流的大小，r 是離輻射源的距離，λ是波長(zhǎng)。可見(jiàn)差模輻射強(qiáng)度與差模電流的大小和差模電流所包圍的面積成正比，與距離成反比，與頻率的平方成正比。

         因此應(yīng)在高頻噪聲源處加高頻去耦電容，以免高頻噪聲流入電源回路中。

● 單導(dǎo)線的輻射

        單導(dǎo)線的輻射公式可以用來(lái)估算共模電流產(chǎn)生的輻射的大?。?/span>



        式中，I 是共模電流的大小，r 是到共模電流源的距離， l 是導(dǎo)線的長(zhǎng)度，λ是波長(zhǎng)。

3. 共模電流輻射

        兩根相近的導(dǎo)線，如果流過(guò)差模電流，則導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)由于方向相反，大小相等而相互抵消，但如果流過(guò)共模電流，時(shí)兩根導(dǎo)線產(chǎn)生的電磁場(chǎng)相互疊加。因此大小相同的共模電流所產(chǎn)生的空間輻射要比差模電流產(chǎn)生的空間輻射強(qiáng)度大的多，根據(jù)實(shí)驗(yàn)，兩者的輻射強(qiáng)度相差上千倍。所以，開(kāi)關(guān)電源的輻射主要是由共模電流引起的。

● 共模電流輻射的基本模式

        共模輻射有兩種驅(qū)動(dòng)模式，一種是電流驅(qū)動(dòng)模式，一種是電壓驅(qū)動(dòng)模式，在開(kāi)關(guān)電源中，起主要作用的主要是電壓驅(qū)動(dòng)模式。

● 產(chǎn)生共模輻射的條件

       產(chǎn)生共模輻射的條件有兩個(gè)，一是共模驅(qū)動(dòng)源，一個(gè)是共模天線。

       任何兩個(gè)金屬體之間存在射頻電位差，就構(gòu)成一副不對(duì)稱振子天線，兩個(gè)金屬導(dǎo)體分

別是天線的兩個(gè)極，對(duì)于一個(gè)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，如下圖所示：



          圖4 中C7 是開(kāi)關(guān)管和散熱器之間的耦合電容，散熱器和與開(kāi)關(guān)管D 極相連接的印制線為天線的兩個(gè)極，在分析時(shí)可以簡(jiǎn)化為下圖5：



        圖中，Vs 為騷擾源，對(duì)圖4 來(lái)說(shuō)，就是開(kāi)關(guān)管VT2 的D 極，L1、L2 相當(dāng)于天線的兩個(gè)極，一個(gè)極是與開(kāi)關(guān)管D 極相連的印制線，另外一個(gè)極是散熱器及與之相連的接地線，C是天線兩極之間的耦合電容，即圖4 中開(kāi)關(guān)管與散熱器之間的耦合電容。

       共模輻射主要有天線上的共模電流的大小決定，因此，天線兩極 L1、L2 之間的耦合電容越大，輻射功率越大。

       另外，當(dāng)天線的兩個(gè)極的總長(zhǎng)度大于λ/20時(shí)，才能向外輻射能量，并且當(dāng)天線的長(zhǎng)度與騷擾源的波長(zhǎng)滿足下列條件時(shí)，輻射能量才*大。



3.2 開(kāi)關(guān)電源的輻射源

        要解決和減小開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射，首先要了解開(kāi)關(guān)電源的輻射源在那兒。對(duì)于一個(gè)前級(jí)帶有PFC 功率因數(shù)矯正電路的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，輻射騷擾的源主要分布下面幾個(gè)地方（開(kāi)關(guān)電源中的輻射源例如驅(qū)動(dòng)等，相對(duì)于下面所列的要弱的多，所以可以不與考慮）。

1. PFC 開(kāi)關(guān)管

2. PFC 升壓二極管

3. DC/DC 開(kāi)關(guān)管

4. DC/DC 的整流管、續(xù)流管

5. PFC 升壓電感

6. DC/DC 變壓器

● PFC 開(kāi)關(guān)管和DC/DC 開(kāi)關(guān)管的輻射原理如上面所述，屬于電壓驅(qū)動(dòng)模式的驅(qū)動(dòng)源，升壓電感和變壓器屬于差模騷擾源，主要原因是漏感的存在，導(dǎo)致電磁能量泄露，向外發(fā)射電磁能量。

● PFC 升壓二極管和DC/DC 的整流二極管在反向截止時(shí)，存在反向恢復(fù)電流，如下圖所示：



       圖中所示的是實(shí)際測(cè)試的PFC 升壓二極管關(guān)斷瞬間的反向恢復(fù)電流（不加吸收的情況下），在圖4 中，該反向恢復(fù)電流主要通過(guò)C6、VD1、VT2 構(gòu)成回路，形成差模輻射，另外，由于由于引線電感的存在，很小一部分的電流會(huì)通過(guò)散熱器與開(kāi)關(guān)管VT2 之間的耦合電容C7 向外流，形成共模輻射。

DC/DC 的整流二極管和續(xù)流管的反向恢復(fù)電流會(huì)導(dǎo)致二極管的反向電壓出現(xiàn)很高的電壓尖峰，下圖 7 是正激電路的輸出濾波電路。





       圖7 中，TI 是變壓器，VD1、VD2 分別是整流管和續(xù)流管，由于整流管、續(xù)流管在由導(dǎo)通轉(zhuǎn)向截止時(shí)有反向恢復(fù)電流，該反向恢復(fù)電流在VD1、VD2 兩端產(chǎn)生比較高的電壓峰值，由于快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)電流在幾十nS，所以峰值電壓的頻率較高，其基波頻率在幾十MHz，由于頻率很高，輻射能力很強(qiáng)，下圖8 是整流管和續(xù)流管的電壓波形。





          在上圖7 中，整流管、續(xù)流管固定在散熱器上，散熱器接大地，由于二極管的陰極與管殼的散熱板直接相連，管殼的散熱板與散熱器之間就形成了耦合電容，整流管、續(xù)流管在截止時(shí)產(chǎn)生的高壓尖峰就通過(guò)耦合電容流動(dòng)，產(chǎn)生共模輻射，輸出線和地分別是天線的兩個(gè)極。

        ●開(kāi)關(guān)電源其他的輻射源如印制線與機(jī)殼之間分布電容引起的共模輻射、內(nèi)部電路工作時(shí)產(chǎn)生的差模輻射等，與前面的幾個(gè)輻射源相比要小得多。

3.3 輻射騷擾的解決措施

        上面分析了輻射騷擾產(chǎn)生的原因和開(kāi)關(guān)電源的輻射源，再解決開(kāi)關(guān)電源的輻射問(wèn)題就比較容易了。

3.3.1 開(kāi)關(guān)管發(fā)射源引起的輻射發(fā)射

       上面所介紹的輸入端口的傳導(dǎo)騷擾，是通過(guò)輸入線向外發(fā)射的，同時(shí)，輸入線又是一個(gè)天線，共模電流在流過(guò)輸入線的時(shí)候，就會(huì)向空間發(fā)射電磁能量，產(chǎn)生輻射騷擾，因此對(duì)于上面解決傳導(dǎo)發(fā)射的措施，在減小了傳導(dǎo)發(fā)射的同時(shí)，也大大減小了輸入端口的輻射發(fā)射。

       對(duì)于輻射源 DC/DC 開(kāi)關(guān)管，也可以采取與PFC 開(kāi)關(guān)管的相同的措施，來(lái)減小驅(qū)動(dòng)源的電壓幅度，較小輻射發(fā)射的強(qiáng)度。

下面圖 9 是采取在PFC 開(kāi)關(guān)管散熱器對(duì)PFC 輸出地加電容與不加電容輻射強(qiáng)度的對(duì)比。



       圖中，前面是加電容的，后面是不加電容的，從兩個(gè)圖中可以看出，在50MHZ 附近，輻射騷擾電平在加了電容以后降低了盡10DB，在120MHZ 到220MHZ 的頻率范圍內(nèi)也降低了10DB 左右。

3.3.2 DC/DC 整流管、續(xù)流管發(fā)射源

      對(duì)于 DC/DC 整流管、續(xù)流管發(fā)射源，除了增加吸收，減小二極管兩端的峰值電壓、在二極管的管腳上套飽和磁環(huán)以減小反向恢復(fù)電流外，還可以采取以下措施。

1. 在整流管、續(xù)流管與散熱器的接觸點(diǎn)附近對(duì)輸出地接電容，如下圖 10 所示：



        圖中C2 是二極管VD1 和VD2 與散熱器之間的耦合電容，容量一般在幾十PF，C3 是增加的電容，C3 要遠(yuǎn)大于C2，DC/DC 整流管、續(xù)流管上的電壓峰值經(jīng)過(guò)C2 與C3 的分壓，幅度大大降低，就可以大大減小向外的輻射。

2. 采用如下圖 11 所示的電路形式。



        在上圖的電路形式中，將輸出濾波電感放在輸出的負(fù)端，VD1、VD2 的輸出直接接在輸出濾波電容的正端，這樣，整流管、續(xù)流管的陰極接固定電平，通過(guò)陰極連接的散熱面與散熱器之間的耦合電容向外流動(dòng)的共模電流就會(huì)大大減小，從而大大減小輸出端口的輻射電平。

3.3.3 機(jī)箱屏蔽

        開(kāi)關(guān)電源的輻射除了上述的輻射源主要通過(guò)輸入輸出端口向外輻射以外，電源的控制電路、驅(qū)動(dòng)、輔助電源、變壓器、電感等直接向空間輻射電磁能量，因此需要采用機(jī)箱進(jìn)行屏蔽，機(jī)箱屏蔽要考慮機(jī)箱的材料、厚度和孔縫對(duì)屏蔽效能的影響。

1.吸收損耗

        當(dāng)電磁波進(jìn)入金屬屏蔽體后會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，變?yōu)闊崮芏牡?，所以電磁波進(jìn)入金屬導(dǎo)體中以指數(shù)的方式很快衰減，傳輸距離很短。

        我們將電磁波衰減到原來(lái) 1/e，即0.37 倍時(shí)的距離稱為集膚深度δ

        集膚深度δ與材料的性能和頻率有關(guān)，可用下面的公式表示：



公式中，μ是材料的磁導(dǎo)率，σ是材料的電導(dǎo)率。

2. 反射損耗

        當(dāng)電磁波到達(dá)兩種介質(zhì)表面時(shí)，因阻抗不匹配而發(fā)生反射，所引起的電磁波能量損耗稱為反射損耗。

         輻射騷擾所測(cè)試的頻率范圍是 30MHz～1000MHz。如果單純的只考慮30MHz 以上的電磁屏蔽，薄薄一層的導(dǎo)體就可以達(dá)到很高的屏蔽效能，但對(duì)于頻率比較低的電場(chǎng)或磁場(chǎng)，就要考慮屏蔽所使用的材料和厚度了。

3. 孔縫對(duì)屏蔽的影響

        在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，機(jī)箱上總是存在有接線孔、通風(fēng)孔以及機(jī)箱各面之間的連接縫隙，如果機(jī)箱的孔縫尺寸不合理，將使屏蔽效能大大降低，一般來(lái)說(shuō)，孔縫的尺寸應(yīng)小于十分之一到百分之一的波長(zhǎng)，才能達(dá)到相應(yīng)的屏蔽效果。如果上限頻率按1000MHz 來(lái)考慮，孔縫的尺寸應(yīng)小于：3～0.3cm。由于開(kāi)關(guān)電源的電磁輻射頻率范圍一般在30MHz 到500MHz 之間，屏蔽的上限頻率可以按500MHz 來(lái)考慮。

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