高頻開關(guān)電源自身存在的電磁煩擾（EMI）問題假如處理不好，不只簡略對電網(wǎng)構(gòu)成污染，直接影響其他用電設(shè)備的正常作業(yè)，而且傳入空間也易構(gòu)成電磁污染，由此產(chǎn)生了高頻開關(guān)電源的電磁兼容（EMC）問題。
文章關(guān)鍵對鐵路信號電源屏運用的1200W（24V/50A）高頻開關(guān)電源模塊所存在的電磁煩擾超標問題進行分析，并提出改善辦法。高頻開關(guān)電源產(chǎn)生的電磁煩擾可分為傳導煩擾和輻射煩擾兩大類。傳導煩擾經(jīng)過溝通電源傳達，頻率低于30MHz；輻射煩擾經(jīng)過空間傳達，頻率在30～1000MHz。
1高頻開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)
高頻開關(guān)電源的主拓撲電路原理，如圖1所示。
2高頻開關(guān)電源電磁煩擾源的分析
在圖1a電路中的整流器、功率管Q1，在圖1b電路中的功率管Q2～Q5、高頻變壓器T1、輸出整流二極管D1～D2都是高頻開關(guān)電源作業(yè)時產(chǎn)生電磁煩擾的首要煩擾源，詳細分析如下。
（1）整流器整流進程產(chǎn)生的高次諧波會沿著電源線產(chǎn)生傳導煩擾和輻射煩擾。
（2）開關(guān)功率管作業(yè)在高頻導通和截止的狀況，為了下降開關(guān)損耗，前進電源功率密度和全體功率，開關(guān)管的翻開和關(guān)斷的速度越來越快，一般在幾微秒，開關(guān)管以這樣的速度翻開和關(guān)斷，構(gòu)成了浪涌電壓和浪涌電流，會產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波，對空間和溝通輸入線構(gòu)成電磁煩擾。
（3）高頻變壓器T1進行功率轉(zhuǎn)換的一起，產(chǎn)生了交變的電磁場，向空間輻射電磁波，構(gòu)成了輻射煩擾。變壓器的分布電感和電容產(chǎn)生振動，并經(jīng)過變壓器初次級之間的分布電容耦合到溝通輸入回路，構(gòu)成傳導煩擾。
（4）在輸出電壓比較低的情況下，輸出整流二極管作業(yè)在高頻開關(guān)狀態(tài)，也是一種電磁煩擾源。
由于二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響，使之作業(yè)在很高的電壓和電流變化率下，二極管反向恢復(fù)的時間越長，則尖峰電流的影響也越大，煩擾信號就越強，由此產(chǎn)生高頻衰減振動，這是一種差模傳導煩擾。
一切產(chǎn)生的這些電磁信號，經(jīng)過電源線、信號線、接地線等金屬導線傳輸?shù)酵獠侩娫礃?gòu)成傳導煩擾。經(jīng)過導線和器件輻射或經(jīng)過充當天線的互連線輻射的煩擾信號構(gòu)成輻射煩擾。
3針對高頻開關(guān)電源電磁煩擾的電磁兼容規(guī)劃
（1）開關(guān)電源進口加電源濾波器，克制開關(guān)電源所產(chǎn)生的高次諧波。
（2）輸入輸出電源線上加鐵氧體磁環(huán)，一方面克制電源線內(nèi)的高頻共模，另一方面減小經(jīng)過電源線輻射的煩擾能量。
（3）電源線盡可能挨近地線，以減小差模輻射的環(huán)路面積；把輸入溝通電源線和輸出直流電源線分開走線，減小輸入輸出間的電磁耦合；信號線遠離電源線，挨近地線走線，而且走線不要過長，以減小回路的環(huán)面積；PCB板上的線條寬度不能突變，角落選用圓弧過渡，盡量不選用直角或尖角。
（4）對芯片和MOS開關(guān)管設(shè)備去耦電容，其方位盡可能地挨近并聯(lián)在器件的電源和接地管腳。
（5）由于接地導線存在Ldi/dt，PCB板和機殼間接地選用銅柱聯(lián)接，對不適合用銅柱聯(lián)接的選用較粗的導線，并就近接地。
（6）在開關(guān)管以及輸出整流二極管兩端加RC吸收電路，吸收浪涌電壓。
4高頻開關(guān)電源電磁煩擾檢驗曲線
在3m法電波暗室對實驗樣機進行檢驗，其L、N線的傳導煩擾檢測曲線如圖2、3所示，輻射煩擾的垂直極化掃描曲線如圖4、5所示。
根據(jù)鐵路客運專線標準規(guī)則，傳導煩擾限值和輻射煩擾限值如表1、2所示。
本開關(guān)電源 經(jīng)過了傳導煩擾的檢驗，檢驗波形如圖2、3所示。輻射煩擾高頻段230～1000MHz也檢驗合格，如圖5所示。只是在30～200MHz頻段規(guī)模內(nèi)的垂直極化目標超標， 超標20dB，如圖4所示。
由檢驗效果可以看出，經(jīng)過電磁兼容規(guī)劃在傳導煩擾克制方面取得了杰出效果，在高頻段輻射煩擾的規(guī)劃也達到了預(yù)期效果，下面還需對在30～200MHz頻段規(guī)模內(nèi)的輻射煩擾進行改善規(guī)劃。
由圖4可以看出，本開關(guān)電源存在輻射煩擾超標的現(xiàn)象，為了克制電磁煩擾而運用鐵氧體元件，價格便宜，效果明顯。
鐵氧體元件等效電路是電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數(shù)。低頻時，R很小，L起首要效果，電磁煩擾被反射而受到克制；高頻時，R增大，電磁煩擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能，使高頻煩擾大大衰減。不同的鐵氧體克制元件，有不同的 克制頻率規(guī)模?？倸w，選擇和設(shè)備鐵氧體元件可參照如下幾條：
（1）鐵氧體的體積越大，克制效果越好；
（2）在體積一守時，長而細的形狀比短而粗的克制效果好；
（3）內(nèi)徑越小克制效果也越好；
（4）橫截面越大，越不易飽滿；
（5）磁導率越高，克制的頻率就越低；
（6）鐵氧體克制元件應(yīng)當設(shè)備在挨近煩擾源的當?shù)兀?/span>
（7）在輸入、輸出導線上設(shè)備時，應(yīng)盡量挨近屏蔽殼的進、出口處。
根據(jù)上面臨高頻開關(guān)電源煩擾源和鐵氧體元件的分析，決定在挨近煩擾源的當?shù)靥状胖榕c磁環(huán)。
圖1a中電容C1的接地端套鐵氧體磁珠（φ3.5×φ1.3×3.5），圖1b中整流二極管D1和D2運用肖特基二極管，其陽極套鐵氧體磁珠（φ3.5×φ1.3×3.5），直流輸出線纜用鐵氧體磁環(huán)（φ13.5×φ7.5×7）繞兩圈且挨近出口處。經(jīng)過處理后從頭檢驗，其掃描曲線如圖6所示。
由此可見，大部分頻段的輻射煩擾已被克制到標準要求以下，但在頻率81、138、165kHz附近處依然超標。
根據(jù)對開關(guān)電源電磁煩擾源的分析可知，在圖1b電路中高頻變壓器T1也是一個煩擾源。為了阻止高頻變壓器產(chǎn)生的煩擾信號以輻射方法發(fā)射，把變壓器的外殼用屏蔽資料銅箔環(huán)繞一圈構(gòu)成一回路加以屏蔽，以切斷變壓器經(jīng)過空間耦合構(gòu)成的輻射煩擾傳達途徑。
而且為了減少因變壓器側(cè)注冊時電流瞬間突變產(chǎn)生的di／dt煩擾，在變壓器T1的 側(cè)串進1個電感，以減小器件的注冊損耗，下降輻射煩擾信號。經(jīng)過整改后，輻射煩擾大大下降，再次對本電源輻射煩擾進行檢驗，完全達到了標準要求，其檢驗效果如圖7所示。
5隨著高頻開關(guān)電源等電子產(chǎn)品電磁兼容重要性的凸現(xiàn)，我們應(yīng)該在產(chǎn)品規(guī)劃初期階段，一起進行電磁兼容規(guī)劃，此刻結(jié)構(gòu)和電路計劃沒有定型，可選用的方法較多。
假如等到出產(chǎn)階段再去解決，不但給技術(shù)和工藝上帶來很大難度，而且會構(gòu)成人力、財力和時間的極大浪費。所以，要走出規(guī)劃修改法的誤區(qū)，正確運用系統(tǒng)規(guī)劃法。
與EMI相關(guān)的要素多且復(fù)雜，僅做到上述的幾點辦法是遠遠不夠的，還有接地技能、PCB布局走線等都很重要。電磁兼容的規(guī)劃任重而道遠，我們要不斷進行研究探究，使我國的電子產(chǎn)品電磁兼容水平與世界同步。
