开关式稳压电源的体积小、重量轻、效率高、稳压范围宽且安全可靠,在很多电子设备中被采用。但是,它像其他电路一样同样存在一些问题,如控制电路复杂,较高的工作频率会对电视机、收音机等产生电磁辐射干扰使得收音机出现噪声、电视机出现噪波点,甚至还会通过反馈干扰其他电子设备的正常工作。 1.超音频振荡的干扰问题 开关式稳压电源 的工作频率多为20-100kHz,属于超音频范围。作为该电源的开关调整器件晶体管或场效应晶体管以相应的频率工作在导通与截止状态,振荡波形近似于方波(还存在过冲),根据傅里叶分析法可以进行分解,即得到直流分量、基波和高次谐波,基波的能量最大,其次是三次、 开关式稳压电源在现代电子设备中广泛应用,得益于其小巧的体积、轻巧的重量、高效能、宽泛的稳压范围以及良好的安全性。然而,正如任何电路一样,开关式稳压电源也存在一些问题,其中之一就是电磁干扰(EMI)。这种干扰可能导致电视机和收音机出现噪声,甚至干扰其他电子设备的正常工作。 1. 超音频振荡的干扰问题 开关式稳压电源的工作频率通常在20kHz到100kHz之间,属于超音频范围。在这个频率下,开关元件(通常是晶体管或场效应晶体管)在导通和截止状态之间快速切换,产生近似方波的振荡。通过傅里叶分析,我们可以发现这种波形包含了直流分量、基波以及一系列高次谐波。基波具有最大的能量,随后是三次、五次、七次谐波等。这些高次谐波可能会产生电磁辐射,对周围环境造成干扰。 2. 无线电广播与电磁干扰的关系 无线电广播依赖于调制技术传输信息,通过幅度调制(AM)或频率调制(FM)将音频信号加载到高频载波上。当开关式稳压电源产生的超音频方波干扰与这些调制波混合时,就可能产生类似于无线电广播的干扰模式,从而影响收音机等设备的接收效果。即使超音频本身不在人耳可听范围内,其高次谐波也可能与无线电频段发生共振,引发强烈的噪声干扰。 3. 直接整流电容滤波电路的影响 在开关式稳压电源中,通常采用桥式整流电路对交流电源进行整流,然后通过电解电容器进行滤波,形成100Hz的锯齿形脉动直流电压。这一过程中,非正弦电流波形包含了大量的谐波成分,尤其是在音频范围内。尽管这些谐波的能量相对较低,但若能以电磁波形式发射出去,仍可能对无线电设备造成干扰。 4. 干扰传播机制 当低频信号(如100Hz)与高频开关脉冲相互作用时,可能会在开关式稳压电源内部发生类似调幅的过程。尽管单个谐波的能量不足以产生显著的干扰,但多个频率的低频信号与高频载波的调幅作用可能导致调幅波的频谱扩展,进而形成更广泛的干扰。即使在远离电源的位置,收音机也可能接收到这种调制后的干扰信号。 为了解决这些问题,可以采取以下抗干扰对策: - 使用电磁屏蔽材料包裹电源,减少辐射。 - 优化电路设计,减小开关元件的过冲和开关损耗。 - 在电源输出端增加LC滤波器,降低高次谐波。 - 采用更高效的开关频率调制策略,降低电磁干扰的产生。 - 对电源的布线进行优化,避免长线引起的电磁耦合。 - 实施地线策略,确保良好的接地,减少干扰的传播。 通过上述分析和对策,我们可以有效地管理和减少开关式稳压电源产生的电磁干扰,提高整体系统的电磁兼容性,保障电子设备的正常运行。
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