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        開關(guān)式穩(wěn)壓電源產(chǎn)生電磁輻射干擾的原因解析
        發(fā)布時(shí)間:2018-06-30 14:28      閱讀次數(shù):0

        1.超音頻振蕩的干擾問題
               開關(guān)式穩(wěn)壓電源的工作頻率多為20-100kHz,屬于超音頻范圍。作為該電源的開關(guān)調(diào)整器件晶體管或場效應(yīng)晶體管以相應(yīng)的頻率工作在導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài),振蕩波形近似于方波(還存在過沖),根據(jù)傅里葉分析法可以進(jìn)行分解,即得到直流分量、基波和高次諧波,基波的能量最大,其次是三次、五次、七次……等等。
        2.無線電廣播與電磁干擾的關(guān)系
                眾所周知,無線電廣播是利用調(diào)制的方法來傳播信息的。音頻信號對高頻載被采用幅度調(diào)制(AM)和頻率調(diào)制(FM)的方法,然后通過發(fā)射天線將調(diào)制波以電磁披的形式輻射出去,無線電接收設(shè)備是通過接收天線將它們接收下來s再經(jīng)選頻、變頻、放大和解調(diào),還原成為音頻信號,最后通過低頻功放,由揚(yáng)聲器放出聲音。如果只有高頻載波而無音頻范圍的調(diào)制信號,那么它的能量再大,無線電接收設(shè)備也不會通過揚(yáng)聲器還原出任何聲音信息的。由此可以想到,僅僅是超音頻方披干擾的存在(超音頻振蕩的下限頻率為15k!氈,已在人耳的可聽范圍之外),產(chǎn)生的高次諧波也不會成為我們通過收音機(jī)昕到音頻范圍的干擾信號,而實(shí)際上這種干擾有時(shí)卻是很嚴(yán)重的,可能在整個中波、短波范圍都出現(xiàn)強(qiáng)烈的噪聲,那么干擾來自哪里呢?開關(guān)式穩(wěn)壓電源存在著音頻范圍的干擾信號,并且調(diào)制了超音頻振蕩的各次諧波,以類似于無線電廣播的方式干擾收音機(jī)等設(shè)備,是干擾的重要來源。
        3.直接整流電容濾波電路的特點(diǎn)
               采用直接對交流電源進(jìn)行整流濾波方式的高頻開關(guān)式穩(wěn)壓電源,交流輸入電壓為220V、50Hz,一般采用橋式整流電路,然后經(jīng)電解電容器濾波,變成100Hz的鋸齒形脈動直流電壓,提供給該開關(guān)式穩(wěn)壓電源。
               由圖中可以看到,交流供電電源的作用是每Wms向電解電容器充電一次,以補(bǔ)充開關(guān)電路消耗的能量,從電壓的波形上來看為鋸齒形,但是從電流的波形上來看卻是脈沖形的,它們都是非正弦周期量,包含有豐富的諧波,并且絕大部分在音頻范圍(20-20000Hz),其中l(wèi)00Hz的成分很可能是產(chǎn)生音頻干擾的重要來源。
               同樣,根據(jù)傅里葉分析法,這個非正弦周期函數(shù)可以分解成為基波和高次諧波,其能量主要集中在基波附近,高次諧波的能量很少。由于它的峰峰值較小(僅僅為幾伏到幾卡伏),如果能夠通過某些電路元件(如LC網(wǎng)絡(luò)等)以電磁波的形式發(fā)射出去,對收音機(jī)等元線電接收設(shè)備的干擾是比較小的。以中波波段(531-1611kHz)中的1000kHz頻率為例,1∞Hz脈沖形電流中的1則kHz諧波才與之諧振,該頻率上的能量幾乎為零,除非將收音機(jī)緊貼其放置,否則不可能出現(xiàn)干擾。但是實(shí)際上許多收音機(jī)在距離該開關(guān)式穩(wěn)壓電源較遠(yuǎn)的位置仍然可以出現(xiàn)干擾,原因是什么呢?可以通過下面的分析得出結(jié)論。用低頻信號去調(diào)制高頻載波的幅度,使高頻載波的整體包絡(luò)線與低頻信號的變化規(guī)律相同,這就是調(diào)幅,相應(yīng)的已調(diào)波就是調(diào)幅波。如果低頻信號是單一頻率的正弦波,高頻載波也是單一頻率的正弦波,兩者通過調(diào)制作用得到調(diào)幅波,根據(jù)幅度調(diào)制原理,低頻信號的幅度與高頻載波信號的幅度比小于1:3的情況下,載波的包絡(luò)線基本與低頻信號類似。如果低頻信號是多個頻率,則調(diào)幅波的頻譜即為載波和上下兩個邊頻帶。開關(guān)式穩(wěn)壓電源的低頻脈沖幅度較小而高頻開關(guān)脈沖的幅度較大,在開關(guān)式穩(wěn)壓電源內(nèi)部這種調(diào)幅作用必然會發(fā)生,因此該電源所產(chǎn)生的電磁輻射就是調(diào)幅干擾波,由于兩者都包含豐富的基波和諧波。交叉調(diào)制的結(jié)果使得干擾遍布在超音頻以上很寬的頻率范圍內(nèi),所以會在中、短波范圍內(nèi)昕到強(qiáng)烈的干擾聲音,而且這種干擾幾乎遍布整個波段。
               為了進(jìn)一步驗(yàn)證前述問題的存在,用一臺直流穩(wěn)壓電源代替交流電源,直接向開關(guān)電源供電,測試的結(jié)果正如事先預(yù)料的一樣,即由于不存在100Hz的充電脈沖,不論把收音機(jī)放在哪都昕不到由收音機(jī)發(fā)出的噪聲。
               根據(jù)以上的試驗(yàn)可以得到如下的結(jié)論:開關(guān)電源對于元線電廣播的干擾主要來自于100Hz低頻充電脈沖及其諧波調(diào)制高頻方波形成復(fù)雜的調(diào)幅波。由于高頻開關(guān)方波的強(qiáng)度大,不易抑制,故不應(yīng)一昧地加強(qiáng)高頻濾波電容器的容量。
               由此聯(lián)想到熒光燈電子鎮(zhèn)流器污染電磁環(huán)境的問題,對于熒光燈電子鎮(zhèn)流器也做了相應(yīng)的試驗(yàn),雖然熒光燈可以被點(diǎn)亮,但是隨之而來的問題是在該熒光燈下幾乎無法用收音機(jī)收昕廣播,電臺信號被淹沒在噪聲之中,又由于該電子鎮(zhèn)流器的負(fù)載是暴露在空間且尺寸較大的熒光燈,因此由它所輻射的干擾電磁波強(qiáng)度很大,噪聲很嚴(yán)重。
        4.抗干擾措施
        綜上所述,開關(guān)式穩(wěn)壓電源的電磁輻射干擾主要來自低頻100Hz充電脈沖及其諧波對超音頻振蕩方波及其諧波的幅度調(diào)制,減弱的辦法主要有以下幾種:
        (1)采用適當(dāng)容量的濾波電解電容器。主要應(yīng)該從抗干擾及性能價(jià)格比兩個方面來考慮。
        (2)在可能的情況下,采用適當(dāng)?shù)姆椒ǎ瑴p少超音頻振蕩方波波形的過沖和振蕩。這樣做的目的主要是減小超音頻振蕩的高次諧波能量,從而可以降低無線電干擾的程度。
        (3)采用比較完善的歷濾波網(wǎng)絡(luò),削弱開關(guān)式穩(wěn)壓電源向交流市電回輸?shù)母蓴_。該濾波網(wǎng)絡(luò)的形式有很多,可以根據(jù)具體的電源和負(fù)載來綜合考慮選擇電路形式。
        (4)合理地設(shè)計(jì)印制電路板,采用大面積接地措施,同時(shí)加強(qiáng)屏蔽。這樣可以有效地減少分布電容引起的電磁輻射強(qiáng)度,同樣也能較好地提高該電源的可靠程度。

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