自動裝料衡器在工業(yè)生產中應用廣泛，其精準度和穩(wěn)定性至關重要。開關電源因其體積小、效率高、重量輕等優(yōu)勢，在自動裝料衡器中得到大量使用。然而，開關電源工作時會產生電磁干擾(EMI)，這可能影響自動裝料衡器的正常運行，導致稱量不準確、控制信號異常等問題。深入研究開關電源電磁干擾的成因并采取有效的抑制措施，對提高自動裝料衡器的性能具有重要意義。

開關電源電磁干擾的成因

開關管及整流管工作產生的干擾

開關電源中的開關管和整流管在開通及關斷的瞬間，電流會在極短的微秒量級時間內發(fā)生急劇變化。這種大電流的快速變化會產生射頻能量，成為電磁干擾的主要來源之一。例如，開關管導通時，電流迅速上升，截止時電流又快速下降，其產生的 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線進行傳送，從而對自動裝料衡器的其他電路部分產生干擾。

電源內部寄生電容引發(fā)的干擾

在開關電源內部，存在多種寄生電容，如變壓器寄生電容、半導體器件和散熱器之間的電容以及導線到機架之間的電容等。由于開關電源通常工作在高頻狀態(tài)，這些寄生電容在開關狀態(tài)下會突然進行充放電。以變壓器為例，其初次級之間存在的分布電容，可將初級繞組的高頻電壓直接耦合到次級繞組上，在次級繞組作直流輸出的兩條電源線上產生共模干擾。當開關管工作時，散熱片與開關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不能忽略，高頻電流會通過該分布電容流到散熱片上，再流到機殼地，進而產生共模干擾。

高頻變壓器導致的干擾

高頻變壓器在開關電源中不僅承擔著隔離與變壓的重要作用，同時也是一個較大的噪聲源。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電源中的高頻噪聲很容易在初級與次級之間傳遞。此外，變壓器對外殼的分布電容形成另一條高頻通道，其周圍空間產生的電磁場也容易在其他引線上耦合成噪聲。而且，當開關管關斷時，高頻變壓器的漏感會產生反電勢 E=-Ldi/dt，該反電勢與集電極的電流變化率成正比，與漏感成正比，它會迭加在關斷電壓上，形成關斷電壓尖峰，從而產生傳導干擾。

二極管反向恢復電流造成的干擾

在開關電源中，輸出整流二極管截止時存在一個反向電流，其恢復到零點的時間與結電容等因素相關。在變壓器漏感和其他分布參數的影響下，這個反向電流會產生很大的電流變化 di/dt，進而產生較強的高頻干擾，其頻率可達幾十兆赫茲。這種高頻干擾會對自動裝料衡器的信號采集和處理電路產生不良影響，干擾正常的稱量和控制過程。

開關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大地、或中線對大地間，幅度大、頻率高，且可通過導線產生輻射，干擾性更強。在交流電源輸入端采用適當的 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磁芯上的線圈組成，對于共模干擾電流，兩個線圈產生的磁場同方向，呈現較大電感，從而衰減共模干擾信號。共模扼流圈需采用導磁率高、頻率特性佳的鐵氧體磁性材料。

利用吸收回路改善開關波形

開關管或二極管在開通和關斷過程中，由于變壓器漏感、線路電感、二極管存儲電容和分布電容等因素，容易在開關管集電極、發(fā)射極兩端和二極管上產生尖峰電壓。通常采用 RC/RCD 吸收回路來解決這一問題，當吸收回路上的電壓超過一定幅度時，回路中的器件迅速導通，將浪涌能量泄放掉，同時將浪涌電壓限制在一定幅度。此外，在開關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(材質一般為鈷)，當通過正常電流時磁芯飽和，電感量很小;一旦電流要反向流過時，它將產生很大的反電勢，能有效抑制二極管的反向浪涌電流。

運用開關頻率調制技術

開關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。常見的有隨機頻率法和調制頻率法。隨機頻率法是在電路開關間隔中加入隨機擾動分量，使開關干擾能量分散在一定范圍頻帶中，研究表明，開關干擾頻譜會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。調制頻率法則是在鋸齒波中加入調制波(如白噪聲)，在產生干擾的離散頻段周圍形成邊頻帶，將干擾的離散頻帶調制展開成一個分布頻帶，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、關斷時的干擾。

采用軟開關技術

開關電源的干擾之一來自功率開關管通 / 斷時的 du/dt，減小功率開關管通 / 斷的 du/dt 可有效抑制開關電源干擾。軟開關技術通過在開關電路基礎上增加小電感、電容等諧振元件構成輔助網絡，在開關過程前后引入諧振過程，使開關開通前電壓先降為零，消除開通過程中電壓、電流重疊現象，降低甚至消除開關損耗和干擾。根據原理可分為零電流關斷(在開關關斷前使其電流為零)和零電壓開通(在開關開通前使其電壓為零)。采用軟開關電路控制技術，結合合理的元器件布局及印制電路板布線、接地技術，可改善開關電源的 EMI 干擾。

采取電磁屏蔽措施

電磁屏蔽措施能有效抑制開關電源的電磁輻射干擾，主要針對開關管和高頻變壓器。對于開關管，由于其工作時產生大量熱量需安裝散熱片，導致集電極與散熱片間產生較大分布電容，可在開關管和散熱片之間添加屏蔽層并接地，減小分布電容影響。對于高頻變壓器，可利用閉合環(huán)形成磁屏蔽，防止其磁場泄露，同時對整個開關電源進行電場屏蔽。屏蔽外殼上的通風孔宜為圓形多孔，在滿足通風條件下，孔數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。若進行電場屏蔽，屏蔽外殼必須接地;磁場屏蔽時，屏蔽外殼不需接地。此外，合理布局自動裝料衡器內部電路，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。

結語

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