在現(xiàn)代電子設(shè)備中，AC-DC轉(zhuǎn)換器作為將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的關(guān)鍵組件，其性能直接影響著整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。然而，由于AC-DC轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的高頻開關(guān)動作，不可避免地會產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，對周圍電子設(shè)備造成不良影響。本文詳細探討了AC-DC轉(zhuǎn)換器電磁干擾的產(chǎn)生原因，并系統(tǒng)介紹了多種有效的抑制技術(shù)，包括濾波技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、優(yōu)化電路布局與布線、選擇低噪聲元件以及采用軟開關(guān)技術(shù)等。通過合理應用這些技術(shù)，可以顯著降低AC-DC轉(zhuǎn)換器的電磁干擾水平，提高其電磁兼容性，確保電子設(shè)備的正常運行。

一、引言

AC-DC轉(zhuǎn)換器，作為電子設(shè)備中不可或缺的一部分，承擔著將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的重要任務。然而，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備的工作頻率不斷提高，AC-DC轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的高頻開關(guān)動作不可避免地會引發(fā)電磁干擾(EMI)。這種干擾不僅會影響AC-DC轉(zhuǎn)換器自身的性能，還可能對周圍的其他電子設(shè)備造成不良影響，甚至危及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此，研究AC-DC轉(zhuǎn)換器的電磁干擾抑制技術(shù)具有重要的現(xiàn)實意義。

二、AC-DC轉(zhuǎn)換器電磁干擾的產(chǎn)生原因

(一)內(nèi)部因素

開關(guān)管的快速開關(guān)動作：AC-DC轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)管在快速開關(guān)過程中，會產(chǎn)生很高的電壓和電流變化率(dv/dt和di/dt)，從而產(chǎn)生強烈的電磁干擾。

二極管的反向恢復：在開關(guān)電源中使用的二極管，在由導通狀態(tài)到阻斷狀態(tài)的過程中，存在一個反向恢復時間，期間會產(chǎn)生反向電壓尖峰和反向恢復電流，這些快速變化的電流和電壓也是電磁干擾的重要來源。

磁性元件的電磁輻射：輸入濾波電感、功率變壓器、隔離變壓器、輸出濾波電感等磁性元件，在工作過程中會產(chǎn)生電磁場輻射，特別是在負載突切時，會形成電壓尖峰，引起電磁干擾。

控制電路中的高頻脈沖信號：控制電路中周期性的高頻脈沖信號，如振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號，會產(chǎn)生高頻高次諧波，對周圍電路產(chǎn)生電磁干擾。

(二)外部因素

電網(wǎng)中的諧波干擾：電網(wǎng)中存在的諧波電流和電壓會對AC-DC轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生干擾。

雷電、太陽噪聲等自然因素：雷電、太陽噪聲等高能量的電磁干擾，嚴重時可能會損壞設(shè)備。

周圍高頻發(fā)射設(shè)備：周圍的高頻發(fā)射設(shè)備，如無線電發(fā)射機、微波設(shè)備等，會產(chǎn)生電磁輻射，對AC-DC轉(zhuǎn)換器造成干擾。

三、AC-DC轉(zhuǎn)換器電磁干擾的抑制技術(shù)

(一)濾波技術(shù)

濾波技術(shù)是抑制AC-DC轉(zhuǎn)換器電磁干擾的重要手段之一。通過在電源線、信號線或電纜上添加濾波器，可以減小高頻噪聲和電磁輻射。常用的濾波器包括電源線濾波器和射頻(RF)濾波器。

電源線濾波器：電源線濾波器通常由電容器、電感器和電阻器等元件組成，能夠有效地抑制電源線上的傳導干擾。在設(shè)計電源線濾波器時，需要根據(jù)AC-DC轉(zhuǎn)換器的工作頻率和干擾特性，選擇合適的濾波器參數(shù)，以達到最佳的濾波效果。

射頻濾波器：射頻濾波器主要用于抑制高頻段的電磁干擾，如無線電頻率干擾等。它可以通過選擇合適的濾波器類型和參數(shù)，將特定頻率范圍內(nèi)的干擾信號濾除，從而保證AC-DC轉(zhuǎn)換器的正常工作。

(二)屏蔽技術(shù)

屏蔽技術(shù)是通過將設(shè)備或電線包在屏蔽材料中，來減少電磁干擾的方法。屏蔽材料通常是金屬或金屬合金，如銅、鐵、鎳、鋁等。

靜電屏蔽：采用金屬材料制成屏蔽體，并接地，以消除兩個電路之間由于分布電容耦合產(chǎn)生的電磁干擾。

電磁屏蔽：采用低電阻的金屬材料制成屏蔽體，利用屏蔽金屬對電磁場產(chǎn)生吸收和反射，以達到屏蔽的目的，防止高頻電磁場的干擾。

磁屏蔽：采用高導磁、高飽和的磁性材料制成屏蔽體，吸收或損耗電磁場，以達到屏蔽低頻磁場干擾的目的。

在實際應用中，可以根據(jù)AC-DC轉(zhuǎn)換器的具體情況，選擇合適的屏蔽方式和屏蔽材料，以提高其電磁兼容性。

(三)接地技術(shù)

接地技術(shù)是將設(shè)備或裝置本身產(chǎn)生的干擾電流經(jīng)接地線流入大地的方法，常用于對傳導干擾的抑制。

PCB接地：在PCB設(shè)計中，應使接地面積盡可能大，以減少發(fā)射、串擾和噪聲。將每個元器件連接到接地點或接地層，充分利用接地層的中和效果。

系統(tǒng)接地：通過連接所有金屬外殼、屏蔽和地線，以降低電磁干擾的影響。系統(tǒng)接地可以有效地將設(shè)備內(nèi)部的干擾電流引入大地，從而減少對周圍設(shè)備的干擾。

(四)優(yōu)化電路布局與布線

合理的電路布局和布線可以有效地減少電磁干擾的產(chǎn)生和傳播。

減少線路交叉和過長線路：在設(shè)計PCB時，應盡量減少線路之間的交叉和過長線路，以降低線路之間的耦合電容和分布互感，從而減少電磁干擾的串擾和輻射。

縮短高頻信號線的長度：高頻信號線是電磁干擾的主要傳播途徑之一，縮短高頻信號線的長度可以有效地減少其輻射和串擾。

采用分層布線：采用多層PCB設(shè)計，將高頻信號線、電源線和地線分別布置在不同的層上，可以有效地減少它們之間的干擾。

(五)選擇低噪聲元件

選擇低噪聲元件是降低AC-DC轉(zhuǎn)換器電磁干擾的重要措施之一。

低噪聲開關(guān)管：選擇具有低噪聲特性的開關(guān)管，可以減少開關(guān)過程中的電磁干擾。

低噪聲二極管：采用反向恢復時間短、反向恢復電流小的低噪聲二極管，可以降低二極管反向恢復時產(chǎn)生的電磁干擾。

低噪聲磁性元件：選擇具有低損耗、低漏感的磁性元件，可以減少磁性元件在工作過程中產(chǎn)生的電磁輻射。

(六)采用軟開關(guān)技術(shù)

軟開關(guān)技術(shù)是一種通過在開關(guān)過程中引入諧振電路，使開關(guān)管在零電壓或零電流條件下開通和關(guān)斷的技術(shù)。采用軟開關(guān)技術(shù)可以有效地降低開關(guān)過程中的電壓和電流變化率(dv/dt和di/dt)，從而減少電磁干擾的產(chǎn)生。

零電壓開關(guān)(ZVS)：在開關(guān)管開通前，使其兩端的電壓降為零，然后在零電壓條件下開通開關(guān)管，可以減少開通過程中的電壓尖峰和電磁干擾。

零電流開關(guān)(ZCS)：在開關(guān)管關(guān)斷前，使其流過的電流降為零，然后在零電流條件下關(guān)斷開關(guān)管，可以減少關(guān)斷過程中的電流尖峰和電磁干擾。

四、案例分析

以某款AC-DC轉(zhuǎn)換器為例，該轉(zhuǎn)換器在未采取任何電磁干擾抑制措施時，其電磁干擾水平超過了相關(guān)標準的要求。為了降低其電磁干擾水平，采用了以下綜合抑制技術(shù)：

添加電源線濾波器：在AC-DC轉(zhuǎn)換器的輸入端添加了一款合適的電源線濾波器，有效地抑制了電源線上的傳導干擾。

采用屏蔽技術(shù)：對AC-DC轉(zhuǎn)換器的外殼進行了金屬屏蔽處理，并確保屏蔽體良好接地，有效地減少了電磁輻射干擾。

優(yōu)化電路布局與布線：對PCB進行了重新設(shè)計，減少了線路之間的交叉和過長線路，縮短了高頻信號線的長度，并采用了分層布線方式，降低了電磁干擾的串擾和輻射。

選擇低噪聲元件：選用了低噪聲的開關(guān)管、二極管和磁性元件，降低了開關(guān)過程中的電磁干擾。

采用軟開關(guān)技術(shù)：在AC-DC轉(zhuǎn)換器的控制電路中引入了軟開關(guān)技術(shù)，使開關(guān)管在零電壓或零電流條件下開通和關(guān)斷，進一步減少了電磁干擾的產(chǎn)生。

經(jīng)過上述綜合抑制技術(shù)的應用，該AC-DC轉(zhuǎn)換器的電磁干擾水平顯著降低，滿足了相關(guān)標準的要求，提高了其電磁兼容性。

結(jié)論

AC-DC轉(zhuǎn)換器的電磁干擾抑制技術(shù)是確保電子設(shè)備正常運行的重要保障。通過深入研究AC-DC轉(zhuǎn)換器電磁干擾的產(chǎn)生原因，并采取有效的抑制技術(shù)，如濾波技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地技術(shù)、優(yōu)化電路布局與布線、選擇低噪聲元件以及采用軟開關(guān)技術(shù)等，可以顯著降低AC-DC轉(zhuǎn)換器的電磁干擾水平，提高其電磁兼容性。在實際應用中，應根據(jù)AC-DC轉(zhuǎn)換器的具體情況，選擇合適的抑制技術(shù)和方法，以達到最佳的抑制效果。未來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，AC-DC轉(zhuǎn)換器的電磁干擾抑制技術(shù)也將不斷創(chuàng)新和完善，為電子設(shè)備的穩(wěn)定運行提供更加可靠的保障。