解决高频开关电源的电磁兼容问题

根据铁路客运专线标准规定，传导骚扰限值和辐射骚扰限值如表1、2所示。

本开关电源一次通过了传导骚扰的测试，测试波形如图2、3所示。辐射骚扰高频段230～1000MHz也测试合格，如图5所示。只是在30～200MHz频段范围内的垂直极化指标超标，最大超标20dB，如图4所示。

由测试结果可以看出，通过电磁兼容设计在传导骚扰抑制方面取得了良好效果，在高频段辐射骚扰的设计也达到了预期效果，下面还需对在30～200MHz频段范围内的辐射骚扰进行改进设计。

5 高频开关电源辐射骚扰的改进设计

由图4可以看出，本开关电源存在辐射骚扰超标的现象，为了抑制电磁骚扰而使用铁氧体元件，价格便宜，效果明显。铁氧体元件等效电路是电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。低频时，R很小，L起主要作用，电磁骚扰被反射而受到抑制;高频时，R增大，电磁骚扰被吸收并转换成热能，使高频骚扰大大衰减。不同的铁氧体抑制元件，有不同的最佳抑制频率范围。总之，选择和安装铁氧体元件可参照如下几条：

(1)铁氧体的体积越大，抑制效果越好;

(2)在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好;

(3)内径越小抑制效果也越好;

(4)横截面越大，越不易饱和;

(5)磁导率越高，抑制的频率就越低;

(6)铁氧体抑制元件应当安装在靠近骚扰源的地方;

(7)在输入、输出导线上安装时，应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。

根据上面对高频开关电源骚扰源和铁氧体元件的分析，决定在靠近骚扰源的地方套磁珠与磁环。图1a中电容C1的接地端套铁氧体磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5)，图1b中整流二极管D1和D2使用肖特基二极管，其阳极套铁氧体磁珠(φ3.5×φ1.3×3.5)，直流输出线缆用铁氧体磁环(φ13.5×φ7.5×7)绕两圈且靠近出口处。经过处理后重新测试，其扫描曲线如图6所示。由此可见，大部分频段的辐射骚扰已被抑制到标准要求以下，但在频率81、138、165kHz附近处仍然超标。

根据对开关电源电磁骚扰源的分析可知，在图1b电路中高频变压器T1也是一个骚扰源。为了阻止高频变压器产生的骚扰信号以辐射方式发射，把变压器的外壳用屏蔽材料铜箔环绕一圈构成一回路加以屏蔽，以切断变压器通过空间耦合形成的辐射骚扰传播途径。并且为了减少因变压器一次侧开通时电流瞬间突变产生的di/dt骚扰，在变压器T1的一次侧串进1个电感，以减小器件的开通损耗，降低辐射骚扰信号。经过整改后，辐射骚扰大大下降，再次对本电源辐射骚扰进行测试，完全达到了标准要求，其测试结果如图7所示。

6 结语

随着高频开关电源等电子产品电磁兼容重要性的凸现，我们应该在产品设计初期阶段，同时进行电磁兼容设计，此时结构和电路方案尚未定型，可选用的方法较多。如果等到生产阶段再去解决，不但给技术和工艺上带来很大难度，而且会造成人力、财力和时间的极大浪费。所以，要走出设计修改法的误区，正确运用系统设计法。

与EMI相关的因素多且复杂，仅做到上述的几点措施是远远不够的，还有接地技术、PCB布局走线等都很重要。电磁兼容的设计任重而道远，我们要不断进行研究探索，使我国的电子产品电磁兼容水平与国际同步。