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由于開關(guān)電源作業(yè)在高頻開關(guān)情況，內(nèi)部會(huì)發(fā)生很高的電流、電壓改動(dòng)率（即高dv/dt和di/dt），導(dǎo)致開關(guān)電源發(fā)生較強(qiáng)的電磁干擾(EMI，ElectroMagneticInterference)。EMI信號既具有很寬的頻率規(guī)劃，又有必定的高低，它不只對電網(wǎng)構(gòu)成污染，直接影響到其他用電設(shè)備的正常作業(yè)，而且作為輻射干擾闖入空間，對空間也構(gòu)成電磁污染。因此，抑制開關(guān)電源自身的電磁噪聲，一起行進(jìn)其對EMI的抗擾性，以確保電子設(shè)備能夠長期安全穩(wěn)定地作業(yè)，是開發(fā)和規(guī)劃開關(guān)電源的一個(gè)重要課題。
1開關(guān)電源的基本作業(yè)原理
開關(guān)電源將市電直接整流濾波成為直流高壓，然后經(jīng)過逆變器轉(zhuǎn)化成低壓的高頻交流電壓，再經(jīng)過二次整流和濾波變成所需求的直流低電壓。
開關(guān)電源首要是經(jīng)過整流器與電力網(wǎng)相聯(lián)接的，經(jīng)典的整流器由二極管或晶閘管組成，是一個(gè)非線性電路，在電網(wǎng)中會(huì)發(fā)生許多的電流諧波和無功功率而污染電網(wǎng)，影響電網(wǎng)和發(fā)電體系的作業(yè)功率，干擾通訊體系，成為電力公害。開關(guān)電源已成為電網(wǎng)最首要的諧波源之一。
2諧波的損害及管理辦法
諧波是一個(gè)數(shù)學(xué)或物理學(xué)概念，是指周期函數(shù)或周期性的波形中能用常數(shù)、與原函數(shù)的最小正周期相同的正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的線性組合表達(dá)的部分。電力體系的諧波問題早在20世紀(jì)20時(shí)代和30時(shí)代就引起了人們的留意。
2.1諧波發(fā)生的原因
在志趣的干凈供電體系中，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(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí)，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就構(gòu)成非正弦電流，即電路中有諧波發(fā)生。
2.2諧波對電網(wǎng)發(fā)生的損害
2.2.1諧波引起變壓器的損耗添加
由于變壓器鐵心發(fā)生的渦流損耗，與諧波電流次數(shù)的平方成正比，諧波次數(shù)越高，鐵損越大。諧波電流使變壓器的銅耗添加，引起部分過熱，振動(dòng)，噪聲增大，繞組附加發(fā)熱等。這種諧波電流在發(fā)生諧振時(shí)的條件下對變壓器的安全運(yùn)行將構(gòu)成威脅。
2.2.2構(gòu)成電容器的過載缺陷
電容器的容性阻抗隨頻率的添加而下降，而其負(fù)載阻抗一般是理性的，隨頻率的增高而增大；當(dāng)諧波電流的頻率升高到使電容器的容性阻抗與負(fù)載的感抗鄰近或持平常，會(huì)發(fā)生諧振，引起電流增大，構(gòu)成電容器的過載缺陷。
2.2.3諧波引起電力體系功率因數(shù)下降
由于開關(guān)電源的接入，電力體系中除了基波電流外，還發(fā)生了各次諧波電流，諧波電流重量越大，則電網(wǎng)中的無功功率越大，設(shè)備的運(yùn)用率越低，導(dǎo)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、高電壓的變壓器由于合閘涌流的進(jìn)程時(shí)刻比較長，能夠接連數(shù)秒或更長的時(shí)刻，有時(shí)還會(huì)引起諧振過電壓，并使相關(guān)避雷器的放電時(shí)刻過長而遭到損壞。
2.2.5對繼電維護(hù)及主動(dòng)設(shè)備的影響
在諧波嚴(yán)峻超標(biāo)的電弧爐負(fù)荷、電氣化鐵路等諧波含量大的部分電網(wǎng)中會(huì)遭到影響。一再呈現(xiàn)變壓器嚴(yán)峻涌流且涌流衰減緩慢的變電站遭到涌流發(fā)生諧波的干擾。繼電器或發(fā)起元件自身對諧波活絡(luò)晶體管或集成電路維護(hù)設(shè)備的動(dòng)作量非常小和動(dòng)作時(shí)刻非常少，因此它的發(fā)起判據(jù)簡略遭到諧波影響而呈現(xiàn)較大的誤差。運(yùn)用信號過零取樣的控制體系及運(yùn)用數(shù)據(jù)過零點(diǎn)的數(shù)字式繼電器或微機(jī)維護(hù)，都會(huì)遭到諧波的影響和干擾。
2.2.6對用戶電動(dòng)機(jī)的工作影響
諧波電流經(jīng)過交流電動(dòng)機(jī)，使諧波附加損耗顯著添加，引起電動(dòng)機(jī)過熱，機(jī)械振動(dòng)和噪聲增大。當(dāng)三相電壓不對稱時(shí)，定子繞組上發(fā)生負(fù)序電流，并勵(lì)磁發(fā)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，該制動(dòng)磁場下降了電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和過載才能，添加銅損，而且負(fù)序過電流能夠?qū)㈦姍C(jī)定子繞組燒毀。
2.2.7對用戶主動(dòng)控制設(shè)備的影響
跟著數(shù)字控制技術(shù)的大規(guī)劃運(yùn)用，許多精細(xì)負(fù)載對受電電能質(zhì)量指標(biāo)提出了更高的要求。電能質(zhì)量污染對這類設(shè)備的損害首要有三個(gè)方面，即在設(shè)備的檢測模塊中引進(jìn)畸變量、干擾正常的剖析核算、導(dǎo)致過失的輸出成果。
2.2.8對電力用戶的影響
用電設(shè)備對體系電源的污染會(huì)影響用電設(shè)備自身的穩(wěn)定性。運(yùn)用電能質(zhì)量污染的電源，用電設(shè)備又或許成為新的污染源，而損害電力體系和其他用戶設(shè)備。或許發(fā)生的影響包含：對用戶電動(dòng)機(jī)發(fā)生影響;對用戶補(bǔ)償電容器發(fā)生影響;對用戶主動(dòng)控制設(shè)備發(fā)生影響;對居民生活用電發(fā)生影響;對用電安全構(gòu)成威脅。
2.3諧波對電網(wǎng)發(fā)生的損害管理辦法
2.3.1無源并聯(lián)濾波器
現(xiàn)有的諧波濾除設(shè)備大都運(yùn)用無源并聯(lián)濾波器，對每一種頻率的諧波需求運(yùn)用一組濾波器，一般需求運(yùn)用多組濾波器用以濾除不同頻率的諧波。因此，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凌亂性，運(yùn)用并聯(lián)濾波器的辦法顯著無法抵御無限頻率成分的諧波。
2.3.2無源串聯(lián)濾波器
由電感與電容串聯(lián)構(gòu)成的LC串聯(lián)濾波器，具有一個(gè)阻抗很低的串聯(lián)諧振點(diǎn)，假設(shè)咱們結(jié)構(gòu)一個(gè)串聯(lián)諧振點(diǎn)為工一再率的串聯(lián)濾波器，并將其串聯(lián)在線路中，就能夠?yàn)V掉一切的諧波。
在三相電路中均接入串聯(lián)濾波器，由于串聯(lián)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能夠?yàn)V除一切頻率的諧波。串聯(lián)濾波器關(guān)于諧振點(diǎn)頻率的電流具有極低的阻抗，關(guān)于違反諧振點(diǎn)頻率的電流，則阻抗增大，違反的越多，阻抗越大。因此，當(dāng)電容器的實(shí)踐作業(yè)電壓等于其額定電壓時(shí)，電容器的本錢最低。
當(dāng)串聯(lián)濾波器銜接在電源與諧波源之間時(shí)，諧波源的輸入電壓波形會(huì)發(fā)生嚴(yán)峻畸變，正時(shí)這種電壓波形的畸變使得諧波源的電流接近正弦波。這種輸入電壓波形畸變或許會(huì)影響諧波源控制電路的正常工作，假設(shè)呈現(xiàn)控制電路不能正常工作的情況，應(yīng)該將控制電路的電源改接至串聯(lián)濾波器的前端。
2.4開關(guān)電源的電磁干擾
根據(jù)開關(guān)電源的作業(yè)原理可知，開關(guān)電源自身便是一個(gè)很強(qiáng)的電磁干擾源。開關(guān)電源發(fā)生的干擾，按干擾源種類，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種；若按耦合通路來分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。
2.4.1一次整流器
一次整流器的整流進(jìn)程是發(fā)生EMI最常見的原因。
2.4.2二次整流電路
整流二極管在正導(dǎo)游通時(shí)PN結(jié)內(nèi)的電荷被堆集。由于二極管作業(yè)在高頻通斷情況，當(dāng)二極管加反向電壓時(shí)，堆集的電荷不能當(dāng)即消失，然后發(fā)生反向浪涌電流。
2.4.3高頻開關(guān)變壓器
變壓器型功率轉(zhuǎn)化電路用以結(jié)束變壓、變頻以及結(jié)束輸出電壓調(diào)整，是開關(guān)穩(wěn)壓電源的中心部分，首要由開關(guān)管和高頻變壓器組成。它發(fā)生的尖峰電壓是一種有較大高低的窄脈沖，其頻率較寬且諧波比較豐富。發(fā)生這種脈沖干擾的首要原因是：
（1）開關(guān)管的負(fù)載是高頻變壓器的初級線圈，是理性負(fù)載。當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，由電磁感應(yīng)定律可知，初級線圈中會(huì)發(fā)生很大的尖峰脈沖電壓，構(gòu)成干擾。
（2）當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，高頻變壓器線圈中發(fā)生電動(dòng)勢e=-Ldu/dt，儲(chǔ)存在電感中的能量和集電極的電阻、電容構(gòu)成阻尼振動(dòng)，疊加在關(guān)斷電壓上，構(gòu)成關(guān)斷電壓尖峰。該諧波電壓經(jīng)過電線不只會(huì)影響變壓器的初級線圈，還會(huì)回來配電體系，構(gòu)成電網(wǎng)諧波干擾。
（3）由高頻變壓器的初級線圈、開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流回路或許發(fā)生較大的輻射干擾。一起，若濾波電容的濾波缺少或高頻特性欠好，則高頻電流經(jīng)過一次整流回路以差模干擾的辦法進(jìn)入電網(wǎng)。
2.4控制電路引起的電磁干擾
控制電路中周期性的高頻脈沖信號，如振動(dòng)器發(fā)生的高頻脈沖信號等將發(fā)生高頻高次諧波，對周圍電路發(fā)生電磁干擾。
2.5雜散參數(shù)影響發(fā)生的電磁干擾
在傳導(dǎo)干擾頻段，大都開關(guān)電源干擾的耦合通道是能夠用電路網(wǎng)絡(luò)來描繪的。可是，在開關(guān)電源中的任何一個(gè)實(shí)踐元器材，如電阻器、電容器、電感器甚至開關(guān)管、二極管都包含有雜散參數(shù)，且研討的頻帶愈寬，等值電路的階次愈高，因此，包含各元器材雜散參數(shù)和元器材間的耦合在內(nèi)的開關(guān)電源的等效電路將凌亂得多。
開關(guān)電源電磁干擾的抑制
構(gòu)成電磁干擾的三要素是干擾源、傳達(dá)途徑和受擾設(shè)備。因此，抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面下手，采用恰當(dāng)辦法。首要應(yīng)該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，堵截電磁干擾的傳達(dá)途徑；第三是行進(jìn)受擾設(shè)備的抗擾才能，減低其對噪聲的活絡(luò)度。
濾波性能
1.開關(guān)電源濾波器概論
濾波器的功用便是容許某一部分頻率的信號順暢的經(jīng)過，而別的一部分頻率的信號則遭到較大的抑制，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)選頻電路。濾波器中，把信號能夠經(jīng)過的頻率規(guī)劃，稱為通頻帶或通帶；反之，信號遭到很大衰減或徹底被抑制的頻率規(guī)劃稱為阻帶；通帶和阻帶之間的分界頻率稱為截止頻率；志趣濾波器在通帶內(nèi)的電壓增益為常數(shù)，在阻帶內(nèi)的電壓增益為零；實(shí)踐濾波器的通帶和阻帶之間存在必定頻率規(guī)劃的過渡帶。
2.開關(guān)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(shù)字濾波器兩種。
2、按所經(jīng)過信號的頻段
按所經(jīng)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重量經(jīng)過，抑制高頻重量或干擾和噪聲。
高通濾波器：它容許信號中的高頻重量經(jīng)過，抑制低頻或直流重量。
帶通濾波器：它容許必定頻段的信號經(jīng)過，抑制低于或高于該頻段的信號、干擾和噪聲。
帶阻濾波器：它抑制必定頻段內(nèi)的信號，容許該頻段以外的信號經(jīng)過。
3按開關(guān)電源所選用的元器材
按開關(guān)電源所選用的元器材分為無源和有源濾波器兩種。
（1）無源開關(guān)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(yùn)用電容和電感元件的電抗隨頻率的改動(dòng)而改動(dòng)的原理構(gòu)成的。
（2）有源開關(guān)電源濾波器
有源濾波器由無源元件(一般用R和C)和有源器材(如集成運(yùn)算擴(kuò)展器）組成。這類濾波器的利益是：通帶內(nèi)的信號不只沒有能量損耗，而且還能夠擴(kuò)展，負(fù)載效應(yīng)不顯著，多級相聯(lián)時(shí)相互影響很小，運(yùn)用級聯(lián)的簡略辦法很簡略構(gòu)成高階濾波器，而且濾波器的體積小、重量輕、不需求磁屏蔽(由于不運(yùn)用電感元件）。
開關(guān)電源的濾波器安放方位
（3）板上濾波器設(shè)備在線路板上
根據(jù)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(shè)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隔絕，簡略發(fā)生耦合；濾波器的接地阻抗不是很低，削弱了高頻旁路效果；濾波器與機(jī)箱之間的一段連線會(huì)發(fā)生兩種不良效果：一個(gè)是機(jī)箱內(nèi)部空間的電磁干擾會(huì)直接感應(yīng)到這段線上，沿著電纜傳出機(jī)箱，憑仗電纜輻射，使濾波器失效；另一個(gè)是外界干擾在被板上濾波器濾波之前，憑仗這段線發(fā)生輻射，或直接與開關(guān)電源線路板上的電路發(fā)生耦合，構(gòu)成活絡(luò)度問題；
（4）面板開關(guān)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(shè)備在屏蔽機(jī)箱的金屬面板上。由于直接設(shè)備在金屬面板上，濾波器的輸入與輸出之間徹底隔絕，接地良好，開關(guān)電源電纜上的干擾在開關(guān)電源機(jī)箱端口上被濾除，因此濾波效果適當(dāng)志趣。缺陷是有必要在規(guī)劃初期考慮設(shè)備所需的合作結(jié)構(gòu)。
2屏蔽功用
屏蔽技術(shù)源于歐洲,它是在一般非屏蔽開關(guān)電源布線體系的外面加上金屬屏蔽層,運(yùn)用金屬屏蔽層的反射、吸收及趨膚效應(yīng)結(jié)束防止電磁干擾及電磁輻射的功用,屏蔽技術(shù)歸納運(yùn)用了雙絞線的平衡原理及屏蔽層的屏蔽效果,因此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(xiàng)目，開始注重和運(yùn)用屏蔽體系，甚至是六類屏蔽體系。屏蔽技術(shù)具有一套無缺的屏蔽、接地理論和產(chǎn)品系列，供給最無缺、最全面的電纜、部件及端到端全屏蔽解決方案以滿意當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)日益行進(jìn)的需求。頻率越高，趨膚深度越小，即電磁波的穿透才能越弱)有用地防止外部電磁干擾進(jìn)入電纜，一起也阻遏內(nèi)部信號輻射出去干擾其它設(shè)備的作業(yè)。
1接地
電子電氣設(shè)備有許多需求接地的部位,由于電路的性質(zhì)和接地的目的不同有必要加以嚴(yán)格的差異,需求分紅若干獨(dú)立的子體系,然后銜接在一起進(jìn)行總接地。設(shè)備接大地的目的首要有設(shè)備的安全接地,對設(shè)備操作人員結(jié)束安全維護(hù)。
2電路辦法
2.1吸收電路
開關(guān)電源發(fā)生EMI的首要原因是電壓和電流的急劇改動(dòng),因此需求盡或許地下降電路中電壓和電流的改動(dòng)率(du/dt和di/dt)。選用吸收電路能夠抑制EMI,其基本原理便是在開關(guān)關(guān)斷時(shí)為其供給旁路,吸收積蓄在寄生分布參數(shù)中的能量,然后抑制干擾的發(fā)生。
2.2軟開關(guān)技術(shù)
軟開關(guān)技術(shù)的基本思維是在原有的硬開關(guān)電路中添加電感和電容元件,運(yùn)用電感和電容的諧振,下降開關(guān)進(jìn)程中的du/dt和di/dt,使開關(guān)器材注冊時(shí)電壓的下降先于電流的上升,或關(guān)斷時(shí)電流的下降先于電壓的上升,來消除電壓和電流的堆疊。在志趣情況下,這樣不只減小了開關(guān)損耗,還能夠大大減小EMI電平。
2.3EMI濾波
EMI濾波技術(shù)是抑制干擾的一種有用辦法,尤其是在抑制開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾方面,具有顯著的效果。開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾可分為共模干擾和差模干擾。共模干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(yùn)用EMI濾波器時(shí)還要考慮濾波器的設(shè)備質(zhì)量。
2.4開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)
頻率固定不變的調(diào)制脈沖發(fā)生的干擾在低頻段首要是調(diào)制頻率的諧波干擾,且這些干擾首要會(huì)合的各諧波點(diǎn)上。
運(yùn)用頻率調(diào)制技術(shù)下降開關(guān)電源EMI電平的基本思維是:經(jīng)過調(diào)制開關(guān)頻率fc的辦法把會(huì)合在fc,2fc,3fc,…上的能量分散到它們周圍的頻帶上,由此下降各個(gè)頻率點(diǎn)上的EMI幅值,然后結(jié)束EMI規(guī)范規(guī)定的限定值,可是圖中辦法卻不能下降總的干擾能量。線一起存在,巨細(xì)持平,流向相同。差模干擾是在相線與中線間存在的干擾。其電流在相線與中線一起存在,巨細(xì)相同,流向相反。無論是共模干擾仍是差模干擾,都能運(yùn)用EMI濾波器抑制。由于,經(jīng)過對開關(guān)電源干擾的剖析和實(shí)測可知,開關(guān)電源的干擾頻率和頻域要比電網(wǎng)頻率高得多和寬得多。
經(jīng)過緩沖吸收電路能夠推遲功率開關(guān)電源器材的通斷進(jìn)程,然后下降開關(guān)電源的EMI電平,但一起會(huì)由于附加的吸收電路的損耗,導(dǎo)致電源總功率的下降。另一種下降開關(guān)電源EMI電平的辦法是選擇適宜的驅(qū)動(dòng)電路參數(shù),使得驅(qū)動(dòng)電路不只能夠滿意開關(guān)管的正常導(dǎo)通的要求,還能控制開關(guān)注冊和分?jǐn)鄷r(shí)其上電壓電流的改動(dòng)率。這樣能夠維持電路功用不變的一起下降EMI電平。從優(yōu)化驅(qū)動(dòng)電路規(guī)劃的視點(diǎn)改善開關(guān)電源的EMC,是近年來展開的一個(gè)新方向。
開關(guān)電源在實(shí)踐工作環(huán)境中,必然會(huì)遭到多種多樣的電磁干擾。在干擾嚴(yán)峻的場合會(huì)使體系無法作業(yè)。本文扼要地介紹了數(shù)字體系的干擾來歷和噪聲耦合途徑,全面地闡述了屏蔽、接地、去耦、濾波、隔絕、結(jié)束阻抗匹配或選用傳輸線驅(qū)動(dòng)器、接收器等削弱干擾源、堵截干擾源對體系的耦合通道,以及行進(jìn)電路自身的抗干擾才能的辦法。
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