开关电源作为电子设备的供电装置，具有体积小、重量轻、效率高等优点，在数字电路中得到了广泛的应用，然而由于工作在高频开关状态，属于强干扰源，其本身产生的干扰直接危害着电子设备的正常工作。因此，抑制开关电源本身的电磁噪声，同时提高其对电磁干扰的抗扰性，以保证电子设备能够长期安全可*地工作，是开发和设计开关电源的一个重要课题。
1 开关电源干扰的产生
开关电源的干扰一般分为两大类：一是开关电源内部元器件形成的干扰；二是由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰。两者都涉及到人为因素和自然因素。
1．1 开关电源内部干扰
开关电源产生的EMI主要是由基本整流器产生的高次谐波电流干扰和功率变换电路产生的尖峰电压干扰。
1．1．1基本整流器
基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。这是因为工频交流正弦波通过整流后不再是单一频率的电流，而变成一直流分量和一系列频率不同的谐波分量，谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰，使前端电流发生畸变，一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变，另一方面通过电源线产生射频干扰。
1 1．2功率变换电路
功率变换电路是开关稳压电源的核心，它产带较宽且谐波比较丰富。产生这种脉冲干扰的主要元器件为
1)开关管开关管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容，当开关管流过大的脉冲电流(大体上是矩形波)时，该波形含有许多高频成份；同时，关电源使用的器件参数如开关功率管的存储时间，输出级的大电流，开关整流二极管的反向恢复时间，会造成回路瞬间短路，产生很大短路电流，另外，开关管的负载是高频变压器或储能电感，在开关管导通的瞬间，变压器初级出现很大的涌流，造成尖峰噪声。
2)高频变压器 开关电源中的变压器，用作隔离和变压，但由于漏感的原因，会产生电磁感应噪声；同时，在高频状况下变压器层间的分布电容会将一次侧高次谐波噪声传递给次级，而变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通路，使变压器周围产生的电磁场更容易在其他引线上耦合形成噪声。
3)整流二极管二次侧整流二极管用作高频整流时，由于反向恢复时间的因素，往往正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除(因载流子的存在，还有电流流过)。一旦这个反向电流恢复时的斜率过大，流过线圈的电感就产生了尖峰电压，在变压器漏感和其他分布参数的影响下将产生较强的高频干扰，其频率可达几十MHz。
4)电容、电感器和导线开关电源由于工作在较高频率，会使低频元件特性发生变化，由此产生噪声。
1．2 开关电源外部干扰
开关电源外部干扰可以以“共模”或“差模”方式存在。干扰类型可以从持续期很短的尖峰干扰到完全失电之间进行变化。其中也包括电压变化、频率变化、波形失真、持续噪声或杂波以及瞬变等，电源干扰的类型见表1。
在表1中的几种干扰中，能够通过电源进行传输并造成设备的破坏或影响其工作的主要是电快速瞬变脉冲群和浪涌冲击波，而静电放电等干扰只要电源设备本身不产生停振、输出电压跌落等现象，就不会造成因电源引起的对用电设备的影响。
2 开关电源干扰耦合途径
开关电源干扰耦合途径有两种方式：一种是传导耦合方式，另一种是辐射耦合方式。
2．1 传导耦合
传导耦合是骚扰源与敏感设备之间的主要耦合途径之一。传导耦合必须在骚扰源与敏感设备之间存在有完整的电路连接，电磁骚扰沿着这一连接电路从骚扰源传输电磁骚扰至敏感设备，产生电磁干扰。按其耦合方式可分为电路性耦合、电容性耦合和电感性耦合。在开关电源中，这3种耦合方式同时存在，互相联系。
2．1．1电路性耦合
电路性耦合是最常见、最简单的传导耦合方式。其又有以下几种：
1)直接传导耦合导线经过存在骚扰的环境时，即拾取骚扰能量并沿导线传导至电路而造成对电路的干扰。
2)共阻抗耦合由于两个以上电路有公共阻抗，当两个电路的电流流经一个公共阻抗时，一个电路的电流在该公共阻抗上形成的电压就会影响到另一个电路，这就是共阻抗耦合。形成共阻抗耦合骚扰的有电源输出阻抗、接地线的公共阻抗等。
2．1．2电容性耦合
电容性耦合也称为电耦合，由于两个电路之生的尖峰电压是一种有较大幅度的窄脉冲，其频间存在寄生电容，使一个电路的电荷通过寄生电容影响到另一条支路。
2.1.3 电感性耦合
电感性耦合也称为磁耦合，两个电路之间存在互感时，当干扰源是以电源形式出现时，此电流所产生的磁场通过互感耦合对邻近信号形成干扰。< p>
[1] [2] [3] 下一页
开关电源的干扰及其抑制
2．2 辐射耦合
通过辐射途径造成的骚扰耦合称为辐射耦合。辐射耦合是以电磁场的形式将电磁能量从骚扰源经空间传输到接受器。通常存在4种主要耦合途径：天线耦合、导线感应耦合、闭合回路耦合和孔缝耦合。
2．2．1 天线与天线间的辐射耦合
在实际工程中，存在大量的天线电磁耦合。例如，开关电源中长的信号线、控制线、输入和输出引线等具有天线效应，能够接收电磁骚扰，形成天线辐射耦合。
2．2．2 电磁场对导线的感应耦合
开关电源的电缆线一般是由信号回路的连接线、功率级回路的供电线以及地线一起构成，其中每一根导线都由输入端阻抗、输出端阻抗和返回导线构成一个回路。因此，电缆线是内部电路暴露在机箱外面的部分，最易受到骚扰源辐射场的耦合而感应出骚扰电压或骚扰电流，沿导线进入设备形成辐射骚扰。
2．2．3 电磁场对闭合回路的耦合
电磁场对闭合回路的耦合是指回路受感应最大部分的长度小于波长的1／4。在辐射骚扰电磁场的频率比较低的情况下，辐射骚扰电磁场与闭合回路的电磁耦合。
2．2．4 电磁场通过孔缝的耦合
电磁场通过孔缝的耦合是指辐射骚扰电磁场通过非金属设备外壳、金属设备外壳上的孔缝、电缆的编织金属屏蔽体等对其内部的电磁骚扰。
3 抑制干扰的一些措施
形成电磁干扰的三要素是骚扰源、传播途径和受扰设备。因而，抑制电磁干扰也应该从这三方面人手，采取适当措施。首先应该抑制骚扰源，直接消除干扰原因；其次是消除骚扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径；第三是提高受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁骚扰源和受扰设备之间的耦合通道。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。
1)采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰，即用电导率良好的材料对电场进行屏蔽，用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。屏蔽有两个目的，一是限制内部辐射的电磁能量泄漏出，二是防止外来的辐射干扰进入该内部区域。其原理是利用屏蔽体对电磁能量的反射、吸收和引导作用。为了抑制开关电源产生的辐射，电磁骚扰对其他电子设备的影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩，然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体，就能对电磁场进行有效的屏蔽。
2)所谓接地，就是在两点间建立传导通路，以便将电子设备或元器件连接到某些叫作“地”的参考点上。接地是开关电源设备抑制电磁干扰的重要方法，电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该环路时将产生磁感应噪声。实际上很难实现“一点接地”，因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。
3)滤波是抑制传导干扰的有效方法，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。EMI滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，可以抑制来自电网的干扰对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。在滤波电路中，还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。
选择滤波器时要注意以下几点：
(1)明确工作频率和所要抑制的干扰频率，如两者非常接近，则需要应用频率特性非常陡峭的滤波器，才能把两种频率分开；
(2)保证滤波器在高压情况下能够可*地工作；
(3)滤波器连续通以最大额定电流时，其温升要低，以保证在该额定电流连续工作时，不破坏滤波
器中元件的工作性能；
(4)为使工作时的滤波器频率特性与设计值相符合，要求与它连接的信号源阻抗和负载阻抗的数值等于设计时的规定值：
(5)滤波器必须具有屏蔽结构，屏蔽箱盖和本体要有良好的电接触，滤波器的电容引线应尽量短，最好选用短引线低电感的穿心电容；
(6)要有较高的工作可*性，因为作防护电磁干扰用的滤波器，其故障往往比其他元器件的故障更难找。
安装滤波器时应注意以下几点：
(1)电源线路滤波器应安装在离设备电源人口尽量*近的地方，不要让未经过滤波器的电源线在设备框内迂回；
(2)滤波器中的电容器引线应尽可能短，以免因引线感抗和容抗在较低频率上谐振；
(3)滤波器的接地导线上有很大的短路电流通过，会引起附加的电磁辐射，故应对滤波器元件本身进行良好的屏蔽和接地处理；
(4)滤波器的输人和输出线不能交*，否则会因滤波器的输入和输出电容耦合通路引起串扰，从而降低滤波特性，通常的办法是输入和输出端之间加隔板或屏蔽层。
4 结语
上一页 [1] [2] [3] 下一页
开关电源的干扰及其抑制
开关电源产生电磁干扰的因素还有很多，抑制电磁干扰还有大量的工作要做。全面抑制开关电源的各种噪声将使开关电源更加安全可*地运行。< p>
什么叫软磁铁氧体磁芯（软磁铁氧体磁性材料）
软磁材料一般是指矫顽力（ Hc ）低于 800A /m 的铁磁性材料（金属软磁材料）或亚铁磁性材料（铁氧体软磁材料），其最大特征是磁滞回线面积小，磁导率（μ）高而矫顽力（ Hc ）低。
磁性材料的性能特点和用途
概述：磁性是物质的基本属性之一。磁性现象是与各种形式的电荷运动相关联的，由于物质内部的电子运动和自旋会产生一定大小的磁场，因而产生磁性。一切物质都具有磁性。自然界的按磁性的不同可以分为顺磁性物质，抗磁性物质，铁磁性物质，反铁磁性物质，以及亚铁磁性物质，其中铁磁性物质和亚铁磁性物质属于强磁性物质，通常将这两类物质统称为磁性材料。[size=0pt] !pZ< {|cH]
[size=0pt]PX *}.L *x
磁性材料的分类，性能特点和用途：
1铁氧体磁性材料，一般是指氧化铁和其他金属氧化物的符合氧化物。他们大多具有亚铁磁性。特点：电阻率远比金属高，约为1-10（12次方）欧/厘米，因此涡损和趋肤效应小，适于高频使用。饱和磁化强度低，不适合高磁密度场合使用。居里温度比较低。
2 铁磁性材料：指具有铁磁性的材料。例如铁镍钴及其合金， 某些稀土元素的合金。在居里温度以下，加外磁时材料具有较大的磁化强度。
3 亚铁磁性材料：指具有亚铁磁性的材料，例如各种铁氧体，在奈尔温度以下，加外磁时材料具有较大的磁化强度。
4 永磁材料：磁体被磁化厚去除外磁场仍具有较强的磁性，特点是矫顽力高和磁能积大。可分为三类，金属永磁，例，铝镍钴，稀土钴，铷铁硼等。
铁氧体永磁，例，钡铁氧体，锶铁氧体，其他永磁，如塑料等。
5软磁材料：容易磁化和退磁的材料。锰锌铁氧体软磁材料，其工作频率在1K-10M之间。镍锌铁氧体软磁材料，工作频率一般在1-300MHZ
6金属软磁材料：同铁氧体相比具有高饱和磁感应强度和低的矫顽力，例如工程纯铁， 铁铝合金，铁钴合金，铁镍合金等，常用于 变压器等。[size=0pt]
7 损耗角正切：他是串联复数磁导率的虚数部分与实数部分的比值，其物理意义为磁性材料在交变磁场的每周期中，损耗能量与储存能量的2派之比。
8 比损耗角正切：这是材料的损耗角正切与起始导磁率的比值。
9 温度系数：在两个给定温度之间，被测的变化量除以温度变化量。
10磁导率的比温度系数：磁导率的温度系数与磁导率的比值。
11 居里温度：在此温度上， 自发磁化强度为零， 即铁磁性材料（或亚磁性材料）由铁磁状态（或亚铁磁状态）转变为顺磁状态的临界温度。
高频磁性元件的磁心材料
来源：技术频道
高频开关电源作为一种比较新型的直流稳压电源，具有效率高、体积小、重量轻等特点。因此在国际上受到广泛重视，发展迅 速，市场前景广阔。目前，开关电源的研究主要集中在两个方面：一个是对小功率开关电源，如何更大程度地提高频率、提高效率、减小体积和成本、实现集成化； 另一个是对大功率开关电源，如何提高频率、效率及可*性。这两个研究方向，都牵涉到开关电源中的基本电磁器件（如图1）的研究和开发，而作为决定电磁器件 性能、体积、效率等特性的磁心材料已被广大研究工作者重视。随着材料的组成及生产工艺的改进，性能优良的适于在高频下应用的新型材料和产品不断涌现。本文 将对一些在高频下常用材料的性能、特点及其在低频下的使用情况加以介绍，以便今后在磁件的设计、应用过程中，根据需要选择性能价格比更高的磁心材料。
2高频下使用的磁心材料的特点
图1开关电源中的电磁器件
由图1可以看出：开关电源中包含有多种用途的电磁器件，本文以电源变压器为例来说明材料的特性。由于主电源变压器有两种 工作情况：即双向激磁状态和单向激磁状态，这里仅以双向激磁的主变压器为例，来叙述适于在高频情况下工作的材料一般应具有的特点。电源变压器磁心的特征参 数可以表示为：
SCSO=P0(1＋1/η)/KuKeBmfJ
式中：SC——磁心有效截面积（cm2）；
SO——磁心窗口面积（cm2）；
η——变压器效率；
Ku——波形系数；
Ke——窗口填充系数；
Bm——最大工作磁通密度（T）；
f——工作频率（Hz）；
J——电流密度（A/mm2）；
PO——输出功率（W）。
由上式可以看出：在输出功率一定的情况下，要减小电源变压器的体积，即要改变相关的特征参数，可以通过提高最大磁通密度Bm、工作频率f、窗口填充系数Ke（受设备与工艺水平的限制）、提高效率η（即降低损耗）等方法来实现。但是磁心的磁滞涡流
损耗都与工作频率f和工作磁通密度Bm相关。f升高或Bm增大，损耗都会大幅度增加，致使磁心发热严重，这就要求磁心材料电阻率ρ要大，以有效抑制涡流损 耗。为了提高工作磁密Bm，材料的饱和磁密Bs要高，而且为了使磁件能够在比较宽的温度范围内具有良好的工作特性，磁心材料的居里温度Tc要求比较高。作 为传输功率的磁心材料的损耗应该很低。我们知道：大功率、低频下的铁心常采用硅钢叠片组成，硅钢的Bs、磁导率、居里温度都比较高，但电阻率ρ很低，为 （10－5～10－8）Ω－m。工程上常用0.35mm和0.5mm两种规格的硅钢片。叠片的最小厚度决定着材料的上限工作频率，如果要使硅钢工作在 400Hz，叠片的厚度一般为0.1～0.15mm。更薄硅钢片的加工工艺复杂，成本较高，且受到材料性能的限制，难以实现，这就使硅钢片在高频率下的应 用受到限制。
3高频下常用的磁性材料
3.1铁氧体
铁氧体是一种非金属磁性材料，一般由铁、锰、镁、铜等金属氧化物粉末按一定比例混合压制成型，然后在高温下烧结而成的。 由于它的制造方法与陶瓷相似，所以又称它为磁性瓷，在电性能上它呈半导体特性，外观上它呈深灰色或黑色，硬而且脆。铁氧体有两个突出的特点：一是电阻率 高，二是磁导率高，这使它能够在很宽的频率范围内（从kHz到MHz）广泛应用，而且高频、低功率的磁心都由整块的铁氧体组成。从组成上分，铁氧体可分为 MnZn铁氧体和NiZn铁氧体，它们在性能上存在一定的差异。
MnZn铁氧体的饱和磁密Bs一般为（0.2～0.35）T，电阻率为（10～103）Ω－m，居里温度在200℃左 右，磁导率高，相对初始磁导率μi可高达10000，适合于1MHz以下做变压器和扼流圈等磁心。NiZn铁氧体比MnZn铁氧体电阻率更高，一般为 （105～108）Ω－m，饱和磁密Bs为（0.3～0.5）T，磁导率比MnZn的低，居里温度高于MnZn铁氧体。它可用在（1～300）MHz的高 频情况，性能优于MnZn铁氧体。但由于我国镍金属含量没有锰的含量丰富，NiZn铁氧体的价格要比MnZn铁氧体高很多。
值得注意的是：铁氧体的温度特性比较差，随着温度的升高，饱和磁密下降很明显。另外，由于铁氧体的饱和磁密不高（一般小于0.5T），因而它在低频下几乎不能使用。
3.2坡莫合金
坡莫合金实质上是铁镍（FeNi）合金，其矫顽力很低，而饱和磁密Bs、磁导率和居里温度都很高，接近于纯铁。多元坡莫 合金，初始相对磁导率可达30000～80000，但是电阻率低，在10－7Ω－m左右，它可以被加工成极薄的薄片，所以可用在高达（20～30）kHz 的工作频率。国内工程上常用厚度为0.02mm的坡莫合金薄带，另外也有0.005mm厚的薄带，但由于在磁心的卷绕过程中薄带表面要绝缘，致使它的填充 系数大大降低，因此工程上很少使用。当应用频率超过30kHz以上时，由于坡莫合金的电阻率低，其损耗会明显增加。
3.3非晶、超微晶合金软磁材料
非晶态金属与合金是70年代才问世的新型软磁材料，它的基础元素由铁、镍、钴、硅、硼、碳等组成。一般地说：非晶态材料 中，原子在空间的排列无秩序，不存在宏观的磁各向异性，没有晶态合金的晶粒、晶界存在，具有比晶体合金好得多的磁均匀一致性，所以它的磁化功率小、损耗很 低，具有很强的耐腐蚀性、耐磨性，电阻率比晶态合金高2～4倍（比铁氧体低104左右）。由于非晶态合金的结构实质上是液体的过冷状态，与玻璃相似，所以 也称为金属玻璃，把其中具有磁性的称为磁性玻璃。非晶合金的硬度很高，是硅钢的5倍，材料对应力特别敏感，经过良好的退火处理，可以使它的磁致伸缩趋于 零。居里温度Tc约为（300～600）℃。特别适合于应用在（20～100）kHz的开关电源磁件中。非晶材料一般可分为铁基、铁镍基、钴基和超微晶合 金。这几类合金各有不同的特点，在不同的方面得到应用。铁基非晶具有较高的饱和磁密（1.4～1.8）T，铁损低、成本低，可广泛用于20kHz以下的配 电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、逆变器等。它代替硅钢做配电变压器，可以大幅度降低空载损耗和噪音，负载损耗和整体重量也会下降，可节 能60～70％，而且降低了对环境的噪声污染。目前，对非晶材料应用于工频配电变压器的研究以美国和日本最为活跃，我国也在80年代中期开展了这方面的研 究和试制。西班牙Bilbao－ABBTrofodlsSA公司最近制造的三相（250～630）kVA非晶变压器性能如表1所示：
表1非晶变压器和硅钢变压器比较
非晶变压器 硅钢片变压器
容量（kVA） 非晶变压器 硅钢片变压器
空载损耗（W） 负载损耗（W） 空载损耗（W） 负载损耗（W）
250 160 2300 650 3250
400 210 3650 930 4600
630 300 4930 1300 6500
铁镍基非晶合金具有中等的饱和磁密（0.7～1.2）T、低的铁损、较高的初始磁导率和很高的最大磁导率，经退火后可以 得到很好的矩形回线，其应用领域可与中镍坡莫合金对应，在音频范围的应用比铁氧体优越。铁镍基高导磁非晶合金广泛用于漏电开关、精密电流互感器铁心及磁屏 蔽等领域。
钴基非晶合金的饱和磁致伸缩系数为零或接近于零，因此它对应力不敏感。它有极高的初始磁导率和最大磁导率，很低的矫顽力 和高频损耗，饱和磁密为（0.5～0.8）T，性能比铁基非晶合金更好，但成本要比铁基的高很多。它广泛用于高频开关电源、磁放大器、脉冲变压器，工作频 率可达200kHz，是高频下应用的最佳材料。但是由于非晶的电阻率比铁氧体的小得多，所以在高频下涡流损耗很大，要使非晶工作在更高频率还比较困难。
微晶软磁材料是利用制作非晶带材的工艺，首先获得非晶态材料，再经过热处理后获得直径为10～20纳米的微晶，称为超微 晶材料。它具有优异的综合磁性能：初始磁导率可高达100000，饱和磁密高（1.2T），铁损低等。与非晶相比，除Bs略低于铁基非晶，Hc与钴基非晶 相近，其余都优于各类非晶。在（20～100）kHz，除具有铁镍合金与铁氧体的优势外，还具有比铁镍合金更小的损耗，比铁氧体更高的Bs和理想的热稳定 性。工程上常用的超微晶薄带一般为0.02mm，最高工作频率可达500kHz。因为晶态金属材料与非晶态材料相比，在温度变化大、有冲击和震动情况下的 性能稳定，所以除一些工作环境非常恶劣的情况，或是要求性能高度稳定的军用场合，一般都可以用超微晶代替坡莫合金，超微晶的价格要比坡莫合金低。另外通过 不同的生产工艺可以分别获得具有高矩形系数、高脉冲磁导率、低剩磁等特性。因此可以说这种材料是MHz级以下高频开关电源变压器、电感器及高频脉冲变压器 的首选材料。
由上可见：非晶、超微晶合金材料的应用极为广阔，已被誉为21世纪的绿色节能材料，它们的应用前景非常光明。
3.4铁粉心材料
铁粉心材料多年来被广泛用于射频（RF）领域中，现在它作为恒磁通功率磁元件大量地应用在电力电子电路中。它内部固有的 分布气隙使它非常适于做各种储存能量的电感。在需要气隙的情况下，它还可以取代铁氧体和铁合金叠片的应用，作为输出滤波电感、功率因数校正电感、连续模式 的反激式电感及EMI/RFI应用的电感铁心，初始相对磁导率μi在10～100范围内，饱和磁通密度在（0.5～1.4）T之间，矫顽力Hc一般也不 大，在（3.5～10）Oe左右。
：
评论