电子线路的电磁兼容性分析

 

2 电源的EMC设计

    目前，大多数电子产品都选用开关电源供电，以节省能源和提高工作效率；同时越来越多的产品也都含有数字电路，以提供更多的应用功能。开关电源电路和数字电路中的时钟电路是目前电子产品中最主要的电磁干扰源，它们是电磁兼容设计的主要内容。下面以一个开关电源的电磁兼容设计过程进行分析。



    图1是一个普遍应用的反激式或称为回扫式的开关电源工作原理图，50 Hz或60 Hz交流电网电压首先经整流堆整流，并向储能滤波电容器C5充电，然后向变压器T1与开关管V1组成的负载回路供电。图2是进行过电磁兼容设计后的电气原理图。

 

(1)对电流谐波的抑制。一般电容器C5的容量很大，其两端电压纹波很小，大约只有输入电压的10％左右，而仅当输入电压Uin大于电容器C5两端电压的时候，整流二极管才导通。 因此在输入电压的一个周期内，整流二极管的导通时间很短，即导通角很小。 这样整流电路中将出现脉冲尖峰电流，如图3所示。

   这种脉冲尖峰电流如用傅里叶级数展开，看成由非常多的高次谐波电流组成，这些谐波电流将会降低电源设备的使用效率，即功率因数很低，并会倒灌到电网，对电网产生污染，当严重时还会引起电网频率的波动，即交流电源闪烁。脉冲电流谐波和交流电源闪烁测试标准为：IEC61000-3-2及IEC61000-3 -3。一般测试脉冲电流谐波的上限是40次谐波频率。

    解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的方法是在整流电路中串联一个功率因数校正(PFC)电路，或差模滤波电感器。PFC电路一般为一个并联式升压开关电源，其输出电压一般为直流400 V，没有经功率因数校正之前的电源设备，其功率因数一般只有0．4～0．6，经校正后最高可达到0．98。PFC电路虽然可以解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的问题，但又会带来新的高频干扰问题，这同样也要进行严格的EMC设计。用差模滤波电感器可以有效地抑制脉冲电流的峰值，从而降低电流谐波干扰，但不能提高功率因数。