電源的噪聲抑制介紹

通常電源都會產生噪聲，那么怎么抑制電源噪音吶？電磁干擾濾波器也稱為EMI 濾波器，它對串模、共模干擾都起到抑制作用，能有效地抑制電網噪聲，提高電子設備的抗干擾能力及系統的可靠性，可廣泛用于電子測量儀器、計算機機房設備、開關電源、測控系統等領域。

一.電源噪聲的基本概念

電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導噪聲的頻譜大致為10kHz～30MHz，最高可達150MHz。電源噪聲，特別是瞬態噪聲干擾，其上升速度快、持續時間短、電壓振幅度高、隨機性強，對微機和數字電路易產生嚴重干擾。

根據傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類：

①. 一類是從電源進線引入的外界干擾;

②. 一類是由電子設備產生并經電源線傳導出去的噪聲。

從形成特點看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。

①. 串模干擾是兩條電源線之間(簡稱線對線)的噪聲。

②. 共模干擾則是兩條電源線對大地(簡稱線對地)的噪聲。

二.開關電源的干擾

開關電源屬于強干擾源，其本身產生的干擾直接危害著電子設備的正常工作。因此，抑制開關電源本身的電磁噪聲，同時提高其對電磁干擾的抗擾性，在設計和開發過程中需要特別的關注。

開關電源的干擾一般分為兩大類：一是開關電源內部元器件形成的干擾;二是由于外界因素影響而使開關電源產生的干擾。

2.1 內部元器件干擾

開關電源產生的EMI主要是由基本整流器產生的高次諧波電流干擾和功率變換電路產生的尖峰電壓干擾。

①.基本整流器的整流過程是產生EMI最常見的原因。這是因為工頻交流正弦波通過整流后不再是單一頻率的電流，而變成一直流分量和一系列頻率不同的諧波分量，諧波(特別是高次諧波)會沿著輸電線路產生傳導干擾和輻射干擾，使前端電流發生畸變，一方面使接在其前端電源線上的電流波形發生畸變，另一方面通過電源線產生射頻干擾。

②.功率變換電路是開關穩壓電源的核心。產生這種脈沖干擾的主要元件為：

a.開關管。開關管及其散熱器與外殼和電源內部的引線間存在分布電容，當開關管流過大的脈沖電流(大體上是矩形波)時，該波形含有許多高頻成份;同時，開關電源使用的器件參數如開關功率管的存儲時間，輸出級的大電流，開關整流二極管的反向恢復時間，會造成回路瞬間短路，產生很大短路電流，另外，開關管的負載是高頻變壓器或儲能電感，在開關管導通的瞬間，變壓器初級出現很大的涌流，造成尖峰噪聲。

b.高頻變壓器。 開關電源中的變壓器，用作隔離和變壓，但由于漏感的原2 因，會產生電磁感應噪聲;同時，在高頻狀況下變壓器層間的分布電容會將一次側高次諧波噪聲傳遞給次級，而變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通路，使變壓器周圍產生的電磁場更容易在其他引線上耦合形成噪聲。

c.整流二極管。整流二極管二次側整流二極管用作高頻整流時，由于反向恢復時間的因素，往往正向電流蓄積的電荷在加上反向電壓時不能立即消除(因載流子的存在，還有電流流過)。一旦這個反向電流恢復時的斜率過大，流過線圈的電感就產生了尖峰電壓，在變壓器漏感和其他分布參數的影響下將產生較強的高頻干擾，其頻率可達幾十MHz。

d.電容、電感器和導線。開關電源由于工作在較高頻率，會使低頻元件特性發生變化，由此產生噪聲。

2.2 外部干擾

開關電源外部干擾可以以“共模”或“差模”方式存在。干擾類型可以從持續期很短的尖峰干擾到完全失電之間進行變化。其中也包括電壓變化、頻率變化、波形失真、持續噪聲或雜波以及瞬變等，電源干擾的類型如下表所示。

表 1-1 開關電源外部干擾類型表

序號干擾類型典型的起因

1跌落雷擊;重載接通;電網電壓低下

2失電惡劣的氣候;變壓器故障;其他原因的故障

3頻率偏移發電機不穩定;區域性電網故障

4電氣噪聲雷達;無線電訊號;電力公司和工業設備的飛弧;轉換器和逆變器

5浪涌突然減輕負載;變壓器的抽頭不恰當

6諧波失真整流;開關負載;開關型電源;調速驅動

7瞬變雷擊;電源線負載設備切換;功率因素補償電容切換;空載電動機的斷開

在表1-1中的幾種干擾中，能夠通過電源進行傳輸并造成設備的破壞或影響其工作的主要是電快速瞬變脈沖群和浪涌沖擊波，而靜電放電等干擾只要電源設備本身不產生停振、輸出電壓跌落等現象，就不會造成因電源引起的對用電設備的影響。

三.抑制干擾的一些措施

抑制電磁干擾應該從騷擾源、傳播途徑和受擾設備人手。首先應該抑制騷擾源，直接消除干擾原因;其次是消除騷擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。

3.1 屏蔽

采用屏蔽技術可以有效地抑制開關電源的電磁輻射干擾，即用電導率良好的材料對電場進行屏蔽，用磁導率高的材料對磁場進行屏蔽。

3.2 接地

所謂接地，就是在兩點間建立傳導通路，以便將電子設備或元器件連接到某些叫作“地”的參考點上。接地是開關電源設備抑制電磁干擾的重要方法，電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。在電路系統設計中應遵循“一點接地”的原則，如果形成多點接地，會出現閉合的接地環路，當磁力線穿過該環路時將產生磁感應噪聲。實際上很難實現“一點接地”，因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點接地，利用一個導電平面作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統中，應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后，再連接到公共參考點上。

3.3 濾波

濾波是抑制傳導干擾的有效方法，在設備或系統的電磁兼容設計中具有極其重要的作用。EMI濾波器作為抑制電源線傳導干擾的重要單元，可以抑制來自電網的干擾對電源本身的侵害，也可以抑制由開關電源產生并向電網反饋的干擾。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當地設計或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術的重要組成部分。

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