自動(dòng)裝料衡器在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，其精準(zhǔn)度和穩(wěn)定性至關(guān)重要。開關(guān)電源因其體積小、效率高、重量輕等優(yōu)勢(shì)，在自動(dòng)裝料衡器中得到大量使用。然而，開關(guān)電源工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾(EMI)，這可能影響自動(dòng)裝料衡器的正常運(yùn)行，導(dǎo)致稱量不準(zhǔn)確、控制信號(hào)異常等問題。深入研究開關(guān)電源電磁干擾的成因并采取有效的抑制措施，對(duì)提高自動(dòng)裝料衡器的性能具有重要意義。

開關(guān)電源電磁干擾的成因

開關(guān)管及整流管工作產(chǎn)生的干擾

開關(guān)電源中的開關(guān)管和整流管在開通及關(guān)斷的瞬間，電流會(huì)在極短的微秒量級(jí)時(shí)間內(nèi)發(fā)生急劇變化。這種大電流的快速變化會(huì)產(chǎn)生射頻能量，成為電磁干擾的主要來源之一。例如，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，電流迅速上升，截止時(shí)電流又快速下降，其產(chǎn)生的 du/dt(電壓變化率)和 di/dt(電流變化率)具有較大幅度的脈沖，頻帶較寬且諧波豐富。這些高頻的射頻能量既可以以電磁能的形式直接向周圍空間輻射，也能以干擾電流的形式沿著輸入輸出端導(dǎo)線進(jìn)行傳送，從而對(duì)自動(dòng)裝料衡器的其他電路部分產(chǎn)生干擾。

電源內(nèi)部寄生電容引發(fā)的干擾

在開關(guān)電源內(nèi)部，存在多種寄生電容，如變壓器寄生電容、半導(dǎo)體器件和散熱器之間的電容以及導(dǎo)線到機(jī)架之間的電容等。由于開關(guān)電源通常工作在高頻狀態(tài)，這些寄生電容在開關(guān)狀態(tài)下會(huì)突然進(jìn)行充放電。以變壓器為例，其初次級(jí)之間存在的分布電容，可將初級(jí)繞組的高頻電壓直接耦合到次級(jí)繞組上，在次級(jí)繞組作直流輸出的兩條電源線上產(chǎn)生共模干擾。當(dāng)開關(guān)管工作時(shí)，散熱片與開關(guān)管集電極間的絕緣片，因接觸面積較大、絕緣片較薄，兩者間的分布電容在高頻時(shí)不能忽略，高頻電流會(huì)通過該分布電容流到散熱片上，再流到機(jī)殼地，進(jìn)而產(chǎn)生共模干擾。

高頻變壓器導(dǎo)致的干擾

高頻變壓器在開關(guān)電源中不僅承擔(dān)著隔離與變壓的重要作用，同時(shí)也是一個(gè)較大的噪聲源。在高頻情況下，其隔離效果并不理想。變壓器層間的分布電容使得開關(guān)電源中的高頻噪聲很容易在初級(jí)與次級(jí)之間傳遞。此外，變壓器對(duì)外殼的分布電容形成另一條高頻通道，其周圍空間產(chǎn)生的電磁場(chǎng)也容易在其他引線上耦合成噪聲。而且，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，高頻變壓器的漏感會(huì)產(chǎn)生反電勢(shì) E=-Ldi/dt，該反電勢(shì)與集電極的電流變化率成正比，與漏感成正比，它會(huì)迭加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰，從而產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾。

二極管反向恢復(fù)電流造成的干擾

在開關(guān)電源中，輸出整流二極管截止時(shí)存在一個(gè)反向電流，其恢復(fù)到零點(diǎn)的時(shí)間與結(jié)電容等因素相關(guān)。在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下，這個(gè)反向電流會(huì)產(chǎn)生很大的電流變化 di/dt，進(jìn)而產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾，其頻率可達(dá)幾十兆赫茲。這種高頻干擾會(huì)對(duì)自動(dòng)裝料衡器的信號(hào)采集和處理電路產(chǎn)生不良影響，干擾正常的稱量和控制過程。

開關(guān)電源電磁干擾的抑制措施

采用交流輸入 EMI 濾波器

交流電源輸入線上通常存在低頻段差模干擾和高頻段共模干擾。差模干擾存在于電源相線與中線及相線與相線之間，幅度小、頻率低;共模干擾存在于電源任何一相對(duì)大地、或中線對(duì)大地間，幅度大、頻率高，且可通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，干擾性更強(qiáng)。在交流電源輸入端采用適當(dāng)?shù)? EMI 濾波器，可有效抑制這兩種干擾。電源線 EMI 濾波器利用差模電容短路差模干擾電流，中間連線接地電容短路共模干擾電流。共模扼流圈由兩股等粗且同方向繞制在一個(gè)磁芯上的線圈組成，對(duì)于共模干擾電流，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)同方向，呈現(xiàn)較大電感，從而衰減共模干擾信號(hào)。共模扼流圈需采用導(dǎo)磁率高、頻率特性佳的鐵氧體磁性材料。

利用吸收回路改善開關(guān)波形

開關(guān)管或二極管在開通和關(guān)斷過程中，由于變壓器漏感、線路電感、二極管存儲(chǔ)電容和分布電容等因素，容易在開關(guān)管集電極、發(fā)射極兩端和二極管上產(chǎn)生尖峰電壓。通常采用 RC/RCD 吸收回路來解決這一問題，當(dāng)吸收回路上的電壓超過一定幅度時(shí)，回路中的器件迅速導(dǎo)通，將浪涌能量泄放掉，同時(shí)將浪涌電壓限制在一定幅度。此外，在開關(guān)管集電極和輸出二極管的正極引線上串接可飽和磁芯線圈或微晶磁珠(材質(zhì)一般為鈷)，當(dāng)通過正常電流時(shí)磁芯飽和，電感量很小;一旦電流要反向流過時(shí)，它將產(chǎn)生很大的反電勢(shì)，能有效抑制二極管的反向浪涌電流。

運(yùn)用開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)

開關(guān)干擾的能量主要集中在特定頻率上，頻譜峰值較大。頻率控制技術(shù)可將這些能量分散在較寬頻帶上，降低干擾頻譜峰值。常見的有隨機(jī)頻率法和調(diào)制頻率法。隨機(jī)頻率法是在電路開關(guān)間隔中加入隨機(jī)擾動(dòng)分量，使開關(guān)干擾能量分散在一定范圍頻帶中，研究表明，開關(guān)干擾頻譜會(huì)由原來離散的尖峰脈沖干擾變成連續(xù)分布干擾，峰值大大下降。調(diào)制頻率法則是在鋸齒波中加入調(diào)制波(如白噪聲)，在產(chǎn)生干擾的離散頻段周圍形成邊頻帶，將干擾的離散頻帶調(diào)制展開成一個(gè)分布頻帶，使干擾能量分散到這些分布頻段上，在不影響變換器工作特性的情況下，很好地抑制開通、關(guān)斷時(shí)的干擾。

采用軟開關(guān)技術(shù)

開關(guān)電源的干擾之一來自功率開關(guān)管通 / 斷時(shí)的 du/dt，減小功率開關(guān)管通 / 斷的 du/dt 可有效抑制開關(guān)電源干擾。軟開關(guān)技術(shù)通過在開關(guān)電路基礎(chǔ)上增加小電感、電容等諧振元件構(gòu)成輔助網(wǎng)絡(luò)，在開關(guān)過程前后引入諧振過程，使開關(guān)開通前電壓先降為零，消除開通過程中電壓、電流重疊現(xiàn)象，降低甚至消除開關(guān)損耗和干擾。根據(jù)原理可分為零電流關(guān)斷(在開關(guān)關(guān)斷前使其電流為零)和零電壓開通(在開關(guān)開通前使其電壓為零)。采用軟開關(guān)電路控制技術(shù)，結(jié)合合理的元器件布局及印制電路板布線、接地技術(shù)，可改善開關(guān)電源的 EMI 干擾。

采取電磁屏蔽措施

電磁屏蔽措施能有效抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾，主要針對(duì)開關(guān)管和高頻變壓器。對(duì)于開關(guān)管，由于其工作時(shí)產(chǎn)生大量熱量需安裝散熱片，導(dǎo)致集電極與散熱片間產(chǎn)生較大分布電容，可在開關(guān)管和散熱片之間添加屏蔽層并接地，減小分布電容影響。對(duì)于高頻變壓器，可利用閉合環(huán)形成磁屏蔽，防止其磁場(chǎng)泄露，同時(shí)對(duì)整個(gè)開關(guān)電源進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽。屏蔽外殼上的通風(fēng)孔宜為圓形多孔，在滿足通風(fēng)條件下，孔數(shù)量多且尺寸盡可能小，接縫處焊接以保證電磁通路連續(xù)性。若進(jìn)行電場(chǎng)屏蔽，屏蔽外殼必須接地;磁場(chǎng)屏蔽時(shí)，屏蔽外殼不需接地。此外，合理布局自動(dòng)裝料衡器內(nèi)部電路，增大干擾源與敏感線路間距，將敏感線路放置在干擾較弱位置，也有助于減少電磁干擾影響。

結(jié)語(yǔ)

自動(dòng)裝料衡器中開關(guān)電源的電磁干擾問題不容忽視，其成因復(fù)雜多樣，涵蓋開關(guān)管、整流管、寄生電容、高頻變壓器以及二極管反向恢復(fù)電流等多個(gè)方面。通過采用交流輸入 EMI 濾波器、吸收回路、開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)、軟開關(guān)技術(shù)以及電磁屏蔽措施等多種手段，可以有效地抑制電磁干擾，提高自動(dòng)裝料衡器的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮各種因素，根據(jù)具體情況選擇合適的抑制措施，以確保自動(dòng)裝料衡器能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中可靠運(yùn)行。未來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，還需持續(xù)探索和研究更有效的電磁干擾抑制方法，以滿足自動(dòng)裝料衡器不斷提高的性能要求。