因為開關電源作業在高頻開關狀況，內部會產生很高的電流、電壓改變率（即高dv/dt和di/dt），導致開關電源產生較強的電磁煩擾（EMI）。EMI信號既具有很寬的頻率規劃，又有必定的崎嶇，它不只對電網構成污染，直接影響到其他用電設備的正常作業，并且作為輻射煩擾闖入空間，對空間也構成電磁污染。因而，克制開關電源本身的電磁噪聲，一同前進其對EMI的抗擾性，以確保電子設備可以長時間安全可靠地作業，是開發和規劃開關電源的一個重要課題。
1開關電源的根本作業原理
開關電源將市電直接整流濾波成為直流高壓，然后通過逆變器轉化成低壓的高頻交流電壓，再通過二次整流和濾波變成所需求的直流低電壓。
開關電源首要是通過整流器與電力網相聯接的，經典的整流器由二極管或晶閘管組成，是一個非線性電路，在電網中會產生許多的電流諧波和無功功率而污染電網，影響電網和發電系統的作業效率，煩擾通訊系統，成為電力公害。開關電源已成為電網最首要的諧波源之一。
2諧波的危害及管理方法
諧波是一個數學或物理學概念，是指周期函數或周期性的波形中能用常數、與原函數的最小正周期相同的正弦函數和余弦函數的線性組合表達的部分。電力系統的諧波問題早在20世紀20年代和30年代就引起了人們的留意。
2.1諧波產生的原因
在志向的干凈供電系統中，電流和電壓都是正弦波的。在只含線性元件(如：電阻)的簡略電路里，流過的電流與施加的電壓成正比，流過的電流是正弦波。當電流流經負載時，與所加的電壓不呈線性關系，就構成非正弦電流，即電路中有諧波產生。
2.2諧波對電網產生的危害
2.2.1諧波引起變壓器的損耗增加
因為變壓器鐵心產生的渦流損耗，與諧波電流次數的平方成正比，諧波次數越高，鐵損越大。諧波電流使變壓器的銅耗增加，引起部分過熱，振蕩，噪聲增大，繞組附加發熱等。這種諧波電流在產生諧振時的條件下對變壓器的安全運即將構成威脅。
2.2.2構成電容器的過載缺點
電容器的容性阻抗隨頻率的增加而下降，而其負載阻抗一般是理性的，隨頻率的增高而增大；當諧波電流的頻率升高到使電容器的容性阻抗與負載的感抗附近或相等常，會產生諧振，引起電流增大，構成電容器的過載缺點。
2.2.3諧波引起電力系統功率因數下降
因為開關電源的接入，電力系統中除了基波電流外，還產生了各次諧波電流，諧波電流分量越大，則電網中的無功功率越大，設備的運用率越低，導線和變壓器的損耗越大。
2.2.4對電力避雷器的影響
變電站大容量、高電壓的變壓器因為合閘涌流的進程時間比較長，可以接連數秒或更長的時間，有時還會引起諧振過電壓，并使相關避雷器的放電時間過長而遭到損壞。
2.2.5對繼電保護及主動設備的影響
在諧波嚴峻超支的電弧爐負荷、電氣化鐵路等諧波含量大的部分電網中會遭到影響。頻頻出現變壓器嚴峻涌流且涌流衰減緩慢的變電站遭到涌流產生諧波的煩擾。繼電器或發動元件本身對諧波靈敏晶體管或集成電路保護設備的動作量非常小和動作時間非常少，因而它的發動判據簡略遭到諧波影響而出現較大的誤差。運用信號過零取樣的操控系統及運用數據過零點的數字式繼電器或微機保護，都會遭到諧波的影響和煩擾。
2.2.6對用戶電動機的工作影響
諧波電流通過交流電動機，使諧波附加損耗明顯增加，引起電動機過熱，機械振蕩和噪聲增大。當三相電壓不對稱時，定子繞組上產生負序電流，并勵磁產生負序旋轉磁場，該制動磁場下降了電機的最大轉矩和過載才干，增加銅損，并且負序過電流可以將電機定子繞組燒毀。
2.2.7對用戶主動操控設備的影響
跟著數字操控技術的大規劃運用，許多精細負載對受電電能質量指標提出了更高的要求。電能質量污染對這類設備的危害首要有三個方面，即在設備的檢測模塊中引進畸變量、煩擾正常的分析核算、導致差錯的輸出成果。
2.2.8對電力用戶的影響
用電設備對系統電源的污染會影響用電設備本身的可靠性。運用電能質量污染的電源，用電設備又或許成為新的污染源，而危害電力系統和其他用戶設備。或許產生的影響包括：對用戶電動機產生影響;對用戶補償電容器產生影響;對用戶主動操控設備產生影響;對居民生活用電產生影響;對用電安全構成威脅。
2.3諧波對電網產生的危害管理方法
2.3.1無源并聯濾波器
現有的諧波濾除設備大都運用無源并聯濾波器，對每一種頻率的諧波需求運用一組濾波器，一般需求運用多組濾波器用以濾除不同頻率的諧波。因而，工頻是單一頻率，而諧波有無限多種頻率，可見諧波具有無限的雜亂性，運用并聯濾波器的方法明顯無法抵擋無限頻率成分的諧波。
2.3.2無源串聯濾波器
由電感與電容串聯構成的LC串聯濾波器，具有一個阻抗很低的串聯諧振點，假如咱們構造一個串聯諧振點為工頻頻率的串聯濾波器，并將其串聯在線路中，就可以濾掉一切的諧波。
在三相電路中均接入串聯濾波器，因為串聯帶通濾波器對基波電流的阻抗很小，而對諧波電流的阻抗很大，所以只用一組濾波器就可以濾除一切頻率的諧波。串聯濾波器關于諧振點頻率的電流具有極低的阻抗，關于違背諧振點頻率的電流，則阻抗增大，違背的越多，阻抗越大。因而，當電容器的實踐作業電壓等于其額定電壓時，電容器的本錢最低。
當串聯濾波器銜接在電源與諧波源之間時，諧波源的輸入電壓波形會產生嚴峻畸變，正時這種電壓波形的畸變使得諧波源的電流靠近正弦波。這種輸入電壓波形畸變或許會影響諧波源操控電路的正常工作，假如出現操控電路不能正常工作的狀況，應該將操控電路的電源改接至串聯濾波器的前端。
2.4開關電源的電磁煩擾
依據開關電源的作業原理可知，開關電源本身就是一個很強的電磁煩擾源。開關電源產生的煩擾，按煩擾源品種，可分為尖峰煩擾和諧波煩擾兩種；若按耦合通路來分，可分為傳導煩擾和輻射煩擾兩種。
2.4.1一次整流器
一次整流器的整流進程是產生EMI最常見的原因。
2.4.2二次整流電路
整流二極管在正向導通時PN結內的電荷被堆集。因為二極管作業在高頻通斷狀況，當二極管加反向電壓時，堆集的電荷不能當即消失，然后產生反向浪涌電流。
2.4.3高頻開關變壓器
變壓器型功率轉化電路用以完結變壓、變頻以及完結輸出電壓調整，是開關穩壓電源的中心部分，首要由開關管和高頻變壓器組成。它產生的尖峰電壓是一種有較大崎嶇的窄脈沖，其頻率較寬且諧波比較豐富。產生這種脈沖煩擾的首要原因是：
（1）開關管的負載是高頻變壓器的初級線圈，是理性負載。當開關管導通時，由電磁感應定律可知，初級線圈中會產生很大的尖峰脈沖電壓，構成煩擾。
（2）當開關管關斷時，高頻變壓器線圈中產生電動勢e=-Ldu/dt，儲存在電感中的能量和集電極的電阻、電容構成阻尼振蕩，疊加在關斷電壓上，構成關斷電壓尖峰。該諧波電壓通過電線不只會影響變壓器的初級線圈，還會回來配電系統，構成電網諧波煩擾。
（3）由高頻變壓器的初級線圈、開關管和濾波電容構成的高頻開關電流回路或許產生較大的輻射煩擾。一同，若濾波電容的濾波缺乏或高頻特性欠好，則高頻電流通過一次整流回路以差模煩擾的方法進入電網。
2.4操控電路引起的電磁煩擾
操控電路中周期性的高頻脈沖信號，如振蕩器產生的高頻脈沖信號等將產生高頻高次諧波，對周圍電路產生電磁煩擾。
2.5雜散參數影響產生的電磁煩擾
在傳導煩擾頻段，多數開關電源煩擾的耦合通道是可以用電路網絡來描繪的。但是，在開關電源中的任何一個實踐元器件，如電阻器、電容器、電感器乃至開關管、二極管都包括有雜散參數，且研究的頻帶愈寬，等值電路的階次愈高，因而，包括各元器件雜散參數和元器件間的耦合在內的開關電源的等效電路將雜亂得多。
開關電源電磁煩擾的克制
構成電磁煩擾的三要素是煩擾源、傳達途徑和受擾設備。因而，克制電磁煩擾也應該從這三方面下手，采納恰當方法。首要應該克制煩擾源，直接消除煩擾原因；其次是消除煩擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，堵截電磁煩擾的傳達途徑；第三是前進受擾設備的抗擾才干，減低其對噪聲的靈敏度。
濾波性能
1.開關電源濾波器概論
濾波器的功能就是容許某一部分頻率的信號順利的通過，而別的一部分頻率的信號則遭到較大的克制，它實質上是一個選頻電路。濾波器中，把信號可以通過的頻率規劃，稱為通頻帶或通帶；反之，信號遭到很大衰減或徹底被克制的頻率規劃稱為阻帶；通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率；志向濾波器在通帶內的電壓增益為常數，在阻帶內的電壓增益為零；實踐濾波器的通帶和阻帶之間存在必定頻率規劃的過渡帶。
2.開關電源濾波器的分類
1、按所處理的信號
按所處理的信號分為模仿濾波器和數字濾波器兩種。
2、按所通過信號的頻段
按所通過信號的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。
低通濾波器：它容許信號中的低頻或直流分量通過，克制高頻分量或煩擾和噪聲。
高通濾波器：它容許信號中的高頻分量通過，克制低頻或直流分量。
帶通濾波器：它容許必定頻段的信號通過，克制低于或高于該頻段的信號、煩擾和噪聲。
帶阻濾波器：它克制必定頻段內的信號，容許該頻段以外的信號通過。
3按開關電源所選用的元器件
按開關電源所選用的元器件分為無源和有源濾波器兩種。
（1）無源開關電源濾波器
無源濾波器僅由無源元件(R、L和C)組成的濾波器，它是運用電容和電感元件的電抗隨頻率的改變而改變的原理構成的。
（2）有源開關電源濾波器
有源濾波器由無源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運算擴展器）組成。這類濾波器的長處是：通帶內的信號不只沒有能量損耗，并且還可以擴展，負載效應不明顯，多級相聯時相互影響很小，運用級聯的簡略方法很簡略構成高階濾波器，并且濾波器的體積小、分量輕、不需求磁屏蔽(因為不運用電感元件）。
開關電源的濾波器安放方位
（3）板上濾波器設備在線路板上
依據濾波器的安放方位不同，一般分為板上濾波器和面板濾波器。板上濾波器設備在線路板上。其首要原因是：濾波器的輸入與輸出之間沒有阻隔，簡略產生耦合；濾波器的接地阻抗不是很低，削弱了高頻旁路作用；濾波器與機箱之間的一段連線會產生兩種不良作用：一個是機箱內部空間的電磁煩擾會直接感應到這段線上，沿著電纜傳出機箱，憑借電纜輻射，使濾波器失效；另一個是外界煩擾在被板上濾波器濾波之前，憑借這段線產生輻射，或直接與開關電源線路板上的電路產生耦合，構成靈敏度問題；
（4）面板開關電源濾波器
濾波陣列板、濾波銜接器等面板濾波器一般都直接設備在屏蔽機箱的金屬面板上。因為直接設備在金屬面板上，濾波器的輸入與輸出之間徹底阻隔，接地良好，開關電源電纜上的煩擾在開關電源機箱端口上被濾除，因而濾波作用相當志向。缺陷是有必要在規劃初期考慮設備所需的合作結構。
2屏蔽功能
屏蔽技術源于歐洲,它是在一般非屏蔽開關電源布線系統的外面加上金屬屏蔽層,運用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應完結防止電磁煩擾及電磁輻射的功能,屏蔽技術綜合運用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽作用,因而具有非常好的電磁兼容(EMC)特性。在我國越來越多的用戶，尤其是涉及到保密和輻射劇烈的項目，開始重視和運用屏蔽系統，乃至是六類屏蔽系統。屏蔽技術具有一套無缺的屏蔽、接地理論和產品系列，提供最無缺、最全面的電纜、部件及端到端全屏蔽解決方案以滿意當今網絡日益前進的需求。頻率越高，趨膚深度越小，即電磁波的穿透才干越弱)有用地防止外部電磁煩擾進入電纜，同時也阻撓內部信號輻射出去煩擾其它設備的作業。
1接地
電子電氣設備有許多需求接地的部位,因為電路的性質和接地的目的不同有必要加以嚴格的差異,需求分成若干獨立的子系統,然后銜接在一同進行總接地。設備接大地的目的首要有設備的安全接地,對設備操作人員完結安全保護。
2電路方法
2.1吸收電路
開關電源產生EMI的首要原因是電壓和電流的急劇改變,因而需求盡或許地下降電路中電壓和電流的改變率(du/dt和di/dt)。選用吸收電路可以克制EMI,其根本原理就是在開關關斷時為其提供旁路,吸收積蓄在寄生散布參數中的能量,然后克制煩擾的產生。
2.2軟開關技術
軟開關技術的根本思想是在原有的硬開關電路中增加電感和電容元件,運用電感和電容的諧振,下降開關進程中的du/dt和di/dt,使開關器件注冊時電壓的下降先于電流的上升,或關斷時電流的下降先于電壓的上升,來消除電壓和電流的堆疊。在志向狀況下,這樣不只減小了開關損耗,還可以大大減小EMI電平。
2.3EMI濾波
EMI濾波技術是克制煩擾的一種有用方法,尤其是在克制開關電源的傳導煩擾方面,具有明顯的作用。開關電源的傳導煩擾可分為共模煩擾和差模煩擾。共模煩擾存在于相線與地線間及中線與地線間,其電流在相線與中外,在運用EMI濾波器時還要考慮濾波器的設備質量。
2.4開關頻率調制技術
頻率固定不變的調制脈沖產生的煩擾在低頻段首要是調制頻率的諧波煩擾,且這些煩擾首要會集的各諧波點上。
運用頻率調制技術下降開關電源EMI電平的根本思想是:通過調制開關頻率fc的方法把會集在fc,2fc,3fc,…上的能量分散到它們周圍的頻帶上,由此下降各個頻率點上的EMI幅值,然后完結EMI標準規定的限定值,但是圖中方法卻不能下降總的煩擾能量。線一同存在,大小相等,流向相同。差模煩擾是在相線與中線間存在的煩擾。其電流在相線與中線一同存在,大小相同,流向相反。無論是共模煩擾仍是差模煩擾,都能運用EMI濾波器克制。因為,通過對開關電源煩擾的分析和實測可知,開關電源的煩擾頻率和頻域要比電網頻率高得多和寬得多。
通過緩沖吸收電路可以延緩功率開關電源器件的通斷進程,然后下降開關電源的EMI電平,但一同會因為附加的吸收電路的損耗,導致電源總效率的下降。另一種下降開關電源EMI電平的方法是選擇適宜的驅動電路參數,使得驅動電路不只可以滿意開關管的正常導通的要求,還能操控開關注冊和分斷時其上電壓電流的改變率。這樣可以維持電路功能不變的一同下降EMI電平。從優化驅動電路規劃的視點改進開關電源的EMC,是近年來展開的一個新方向。
開關電源在實踐工作環境中,必然會遭到多種多樣的電磁煩擾。在煩擾嚴峻的場合會使系統無法作業。本文扼要地介紹了數字系統的煩擾來歷和噪聲耦合途徑,全面地闡述了屏蔽、接地、去耦、濾波、阻隔、完結阻抗匹配或選用傳輸線驅動器、接收器等削弱煩擾源、堵截煩擾源對系統的耦合通道,以及前進電路本身的抗煩擾才干的方法。
