开关电源电磁干扰的分析与抑制
开关电源是一种采用电力电子器件,利用电路开关的快速通断控制实现电能转换的新型电源。与传统的线性电源相比,开关电源具有效率高、功率密度高、动态响应快及输出精度高等优点。目前,它已广泛用作系统的工作电源。随着现代电力电子技术的发展及半导体功率变换器件性能的不断提高,开关电源技术越来越成熟,价格也逐步接近传统的线性电源,其应用范围也日益广泛。
现代船舶中的监控、导航、作战(舰船)等系统中配置了大量精密电子设备,而开关电源动态响应快,输出精度高的特性能很好满足其对电源品质的要求,是合适的工作电源。由于船舶电气设备工作环境恶劣,对设备电磁兼容要求较高,因而船用开关电源应具有较好的抗干扰特性。开关电源的核心为大功率开关电路,电路快速通断的开关工况会带来电磁干扰(主要为传导干扰),不能有效的限制其电磁干扰,开关电源的电磁兼容性往往无法满足有关标准、规范的要求,以至大大限制了开关电源在船舶电气,特别是舰船领域中的应用。本文对开关电源的电磁干扰进行相关分析,着重探讨如何控制开关电源的电磁干扰。
1 开关电源电磁干扰源分析
开关电源采用电力电子开关电路,利用电路开关的快速通断控制,可经济而有效的实现电能变换和控制。然而正是这种开关工况,导致开关电源和电网产生频繁且较大的电压、电流突变。这种突变在电网络中表现为波形畸变(产生高次谐波),无功功率加大,功率因素降低,甚至引发串、并联谐振,对电网产生电磁干扰。这种电磁干扰使开关电源从电网获得功率的同时,对与电网相连设备产生具有不良影响的干扰信号,使其他设备的正常工作可能受到严重影响。解决开关电源的电磁干扰问题,首先必须分析和掌握产生电磁干扰的原因和性质。
从开关电源的电路结构上分析,其主电路通常有以下环节:输入整流、输入滤波、逆变、高频变压、高频整流、输出滤波。
产生电磁干扰的环节包括整流、逆变电路中半导体器件的通断,变压器,散热器与地之间的寄生电容等。其中主要的因素是电力电子器件通断产生的干扰,这种干扰是其通断操作的副产品,半导体设备的发射具有脉冲序列特点,可认为其是宽带,连续的[1]。
从传播方式上区分,开关电源产生的电磁干扰可分为传导干扰和辐射干扰。对于辐射干扰,通常的做法是采用导磁材料作开关电源外壳,并在壳体开口、接缝处采取屏蔽措施。开关电源的辐射干扰还可通过合理的总体布置消弱其影响。目前,开关电源的电磁干扰主要问题是解决传导干扰。
从性质上区分,开关电源产生的电磁干扰可分为噪声(N)、脉冲(S)、跃变(T)。电磁干扰的势能定义为γ=(2N+5S+T)2。脉冲干扰S是其中影响最大的成份。脉冲干扰具有持续时间短、振幅大,可与电网同步或不同步的特点。开关电源中电力电子开关器件构成的整流、逆变电路是产生脉冲干扰的典型装置。
因此,抑制开关电源电磁干扰的主要目标是解决电力电子开关器件通断产生的宽带、连续的脉冲干扰[2]。
详情点击下载>>
现代船舶中的监控、导航、作战(舰船)等系统中配置了大量精密电子设备,而开关电源动态响应快,输出精度高的特性能很好满足其对电源品质的要求,是合适的工作电源。由于船舶电气设备工作环境恶劣,对设备电磁兼容要求较高,因而船用开关电源应具有较好的抗干扰特性。开关电源的核心为大功率开关电路,电路快速通断的开关工况会带来电磁干扰(主要为传导干扰),不能有效的限制其电磁干扰,开关电源的电磁兼容性往往无法满足有关标准、规范的要求,以至大大限制了开关电源在船舶电气,特别是舰船领域中的应用。本文对开关电源的电磁干扰进行相关分析,着重探讨如何控制开关电源的电磁干扰。
1 开关电源电磁干扰源分析
开关电源采用电力电子开关电路,利用电路开关的快速通断控制,可经济而有效的实现电能变换和控制。然而正是这种开关工况,导致开关电源和电网产生频繁且较大的电压、电流突变。这种突变在电网络中表现为波形畸变(产生高次谐波),无功功率加大,功率因素降低,甚至引发串、并联谐振,对电网产生电磁干扰。这种电磁干扰使开关电源从电网获得功率的同时,对与电网相连设备产生具有不良影响的干扰信号,使其他设备的正常工作可能受到严重影响。解决开关电源的电磁干扰问题,首先必须分析和掌握产生电磁干扰的原因和性质。
从开关电源的电路结构上分析,其主电路通常有以下环节:输入整流、输入滤波、逆变、高频变压、高频整流、输出滤波。
产生电磁干扰的环节包括整流、逆变电路中半导体器件的通断,变压器,散热器与地之间的寄生电容等。其中主要的因素是电力电子器件通断产生的干扰,这种干扰是其通断操作的副产品,半导体设备的发射具有脉冲序列特点,可认为其是宽带,连续的[1]。
从传播方式上区分,开关电源产生的电磁干扰可分为传导干扰和辐射干扰。对于辐射干扰,通常的做法是采用导磁材料作开关电源外壳,并在壳体开口、接缝处采取屏蔽措施。开关电源的辐射干扰还可通过合理的总体布置消弱其影响。目前,开关电源的电磁干扰主要问题是解决传导干扰。
从性质上区分,开关电源产生的电磁干扰可分为噪声(N)、脉冲(S)、跃变(T)。电磁干扰的势能定义为γ=(2N+5S+T)2。脉冲干扰S是其中影响最大的成份。脉冲干扰具有持续时间短、振幅大,可与电网同步或不同步的特点。开关电源中电力电子开关器件构成的整流、逆变电路是产生脉冲干扰的典型装置。
因此,抑制开关电源电磁干扰的主要目标是解决电力电子开关器件通断产生的宽带、连续的脉冲干扰[2]。
详情点击下载>>
