在電子設(shè)備的應(yīng)用中,開(kāi)關(guān)電源憑借其工作效率高、體積小的顯著優(yōu)點(diǎn),相較于傳統(tǒng)的線性電源,獲得了極為廣泛的應(yīng)用。然而,開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部開(kāi)關(guān)管不停的通斷,產(chǎn)生了較大的電壓變化率(du/dt),使其成為產(chǎn)生傳導(dǎo)發(fā)射的一個(gè)主要噪聲源。并且由于它與電源線直接連接,其產(chǎn)生的噪聲非常容易直接傳導(dǎo)耦合到電源線上,從而造成電源線傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo)。
開(kāi)關(guān)電源是產(chǎn)生傳導(dǎo)發(fā)射的一個(gè)非常典型的例子。如果我們能夠精通開(kāi)關(guān)電源傳導(dǎo)發(fā)射產(chǎn)生的機(jī)理以及有效的抑制方法,并在原理圖設(shè)計(jì)階段和 PCB 布局階段能夠有效采取這些干擾抑制措施,那么我們就能很好地掌握產(chǎn)品的傳導(dǎo)發(fā)射抑制設(shè)計(jì)方法。
首先,我們要對(duì)開(kāi)關(guān)電源的工作原理有一個(gè)定性的了解,這有助于我們有效識(shí)別其在工作過(guò)程中哪些地方是強(qiáng)的干擾源。只有識(shí)別出強(qiáng)干擾源,我們才能在源頭上采取措施。不過(guò),我們不需要像硬件工程師那樣去系統(tǒng)學(xué)習(xí)開(kāi)關(guān)電源的知識(shí),而是要學(xué)會(huì)從電磁兼容工程師的視角來(lái)分析問(wèn)題。
下圖為開(kāi)關(guān)電源的原理圖:

圖 1 開(kāi)關(guān)電源原理圖
接下來(lái),我們逐個(gè)分析開(kāi)關(guān)電源引起傳導(dǎo)發(fā)射的機(jī)理。
開(kāi)關(guān)電源的 AC 轉(zhuǎn) DC 部分是引起 CE101(25Hz - 10kHz)諧波發(fā)射的主要原因。在分析該部分時(shí),我們將后面的部分等效為一個(gè)負(fù)載,因?yàn)楹竺娌糠蛛娐分饕绊?CE102(10kHz - 10MHz),對(duì)我們分析 CE101 諧波發(fā)射沒(méi)有影響。開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率一般為幾十 kHz 到幾百 kHz,由于開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)頻率一般大于 10kHz,因此開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)給電路帶來(lái)的傳導(dǎo)騷擾主要落在 CE102 的頻段,對(duì) CE101 低頻諧波發(fā)射沒(méi)有影響。
下面我們來(lái)分析開(kāi)關(guān)電源 CE101 傳導(dǎo)發(fā)射是如何產(chǎn)生的。CE101 是由整流和濾波電路產(chǎn)生的。

圖 2 整流和濾波電路

圖 3 整流和濾波電路波形
從上圖可以看出,當(dāng)整流后的電壓高于電容兩端電壓時(shí),電容表現(xiàn)為低阻抗,電容開(kāi)始充電,有充電電流;當(dāng)電容充到電壓后,整流的電壓降低,電容電壓高于整流電壓,此時(shí)電容表現(xiàn)為高阻抗,電容為后面的負(fù)載提供電流,但不從電源線上吸取電流。因此,由于電容有充放電效應(yīng),電源線上的電流是周期性的,電容這種周期性的充電產(chǎn)生的電流給電路帶來(lái)了擾動(dòng)。比如電源頻率為 50Hz,那么電容充電產(chǎn)生的電源線上電流也是 50Hz 周期尖峰電流,這樣的電流會(huì)有高次諧波產(chǎn)生,從而給電路帶來(lái)差模傳導(dǎo)騷擾。由于電流基頻是 50Hz,即使 10 次諧波也只有 500Hz,因此主要帶來(lái) CE101(25Hz - 10kHz)諧波發(fā)射問(wèn)題。到 CE102(10kHz - 10MHz)頻段,這種諧波電流的頻譜已經(jīng)衰減沒(méi)了,因此不會(huì)帶來(lái) CE102 的問(wèn)題。
接下來(lái)分析開(kāi)關(guān)電源 CE102 是如何產(chǎn)生的。CE102 產(chǎn)生的源頭是開(kāi)關(guān)管的頻繁開(kāi)關(guān)在電路中產(chǎn)生了大的電壓變化率(du/dt)和電流變化率(di/dt)。由于開(kāi)關(guān)管的頻率一般為幾十 kHz 到幾百 kHz,因此給電路帶來(lái)的擾動(dòng)主要集中在 CE102(10kHz - 10MHz)頻段,會(huì)給電路帶來(lái)差模和共模傳導(dǎo)發(fā)射。
后面的文章我們會(huì)對(duì)差模和共模的源頭、干擾傳輸路徑和噪聲抑制進(jìn)行詳細(xì)分析,下面給出開(kāi)關(guān)電源的差模路徑,下一篇我們會(huì)對(duì)這兩幅圖進(jìn)行深入分析,大家可以先自我分析。
圖 4 開(kāi)關(guān)電源差模傳導(dǎo)

圖 5 開(kāi)關(guān)電源差模傳導(dǎo)等效電路
