在電力電子設(shè)備朝著高頻化、小型化發(fā)展的進(jìn)程中，正激式開關(guān)電源憑借其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、電壓調(diào)整率高、帶負(fù)載能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、通信設(shè)備、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。然而，隨著開關(guān)頻率的不斷提升，其產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)問(wèn)題日益突出，其中傳導(dǎo)電磁干擾作為影響設(shè)備電磁兼容性(EMC)的關(guān)鍵因素，不僅會(huì)導(dǎo)致電源自身性能不穩(wěn)定，還可能對(duì)周邊電子設(shè)備造成嚴(yán)重的干擾，甚至引發(fā)整個(gè)電子系統(tǒng)的故障。因此，深入研究正激式開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理與抑制技術(shù)，對(duì)提升電源產(chǎn)品的可靠性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

一、正激式開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理

傳導(dǎo)電磁干擾是指干擾信號(hào)通過(guò)電源線或信號(hào)線等傳導(dǎo)路徑傳播的電磁現(xiàn)象，根據(jù)干擾信號(hào)的頻率特性，可分為差模干擾(DM)和共模干擾(CM)兩類，二者在產(chǎn)生根源和傳播路徑上存在顯著差異。

從差模干擾的產(chǎn)生來(lái)看，其核心誘因在于正激式開關(guān)電源主電路中電壓和電流的劇烈變化。在開關(guān)管導(dǎo)通與關(guān)斷的瞬間，由于功率器件存在寄生電容和寄生電感，主電路中的電壓會(huì)出現(xiàn)陡峭的上升沿和下降沿(di/dt 和 dv/dt 值極大)，這種瞬時(shí)變化會(huì)在輸入濾波電容與開關(guān)管、整流二極管組成的回路中產(chǎn)生高頻振蕩，形成差模干擾電流。此外，正激式拓?fù)渲械母哳l變壓器存在漏感，當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，漏感儲(chǔ)存的能量無(wú)法通過(guò)正常路徑釋放，會(huì)與開關(guān)管的寄生電容產(chǎn)生諧振，進(jìn)一步加劇差模干擾的強(qiáng)度。差模干擾主要通過(guò)電源線的火線(L)和零線(N)之間的回路傳播，其干擾頻率通常集中在 10kHz-30MHz 范圍內(nèi)，且在中低頻段表現(xiàn)更為明顯。

共模干擾的產(chǎn)生則與電路的接地結(jié)構(gòu)、寄生參數(shù)密切相關(guān)。在正激式開關(guān)電源中，高頻變壓器的原邊與副邊之間存在分布電容，開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生的高頻電壓會(huì)通過(guò)該分布電容耦合到副邊，再經(jīng)負(fù)載回路傳導(dǎo)至大地，形成共模干擾電流。此外，散熱片與開關(guān)管之間的寄生電容、PCB 板上導(dǎo)線之間的分布電容也會(huì)成為共模干擾的傳播路徑。共模干擾的特點(diǎn)是干擾電流在電源線與大地之間流動(dòng)，其頻率范圍更廣(可達(dá) 100MHz 以上)，且對(duì)周邊敏感設(shè)備的影響更為嚴(yán)重，是導(dǎo)致開關(guān)電源無(wú)法通過(guò) EMC 認(rèn)證的主要原因之一。

二、傳導(dǎo)電磁干擾的關(guān)鍵抑制技術(shù)

針對(duì)正激式開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的特性，目前已形成了以濾波技術(shù)、拓?fù)鋬?yōu)化、PCB 布局設(shè)計(jì)為核心的抑制方案，通過(guò)多維度協(xié)同設(shè)計(jì)可有效降低干擾水平。

(一)輸入 EMI 濾波器設(shè)計(jì)

輸入 EMI 濾波器是抑制傳導(dǎo)干擾最直接、最有效的手段，其核心功能是阻止電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)電源線傳播到電網(wǎng)，同時(shí)防止電網(wǎng)中的干擾信號(hào)侵入電源內(nèi)部。針對(duì)差模和共模干擾的不同特性，濾波器通常采用差模電感、共模電感與電容組合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。差模電感串聯(lián)在電源線的 L 和 N 端，主要抑制差模干擾，其電感值需根據(jù)差模干擾的頻率和電流大小確定，一般在幾十微亨到幾百微亨之間;共模電感則采用雙線并繞的方式，串聯(lián)在 L 和 N 端，利用其對(duì)共模電流的高阻抗特性抑制共模干擾，其電感值通常在幾毫亨到幾十毫亨范圍內(nèi)。此外，在濾波器的輸入端和輸出端并聯(lián) X 電容(跨接在 L 和 N 之間)和 Y 電容(跨接在 L、N 與大地之間)，可進(jìn)一步吸收高頻干擾信號(hào)。需要注意的是，Y 電容的容量需嚴(yán)格控制(通常不超過(guò) 4700pF)，以避免因漏電流過(guò)大導(dǎo)致觸電風(fēng)險(xiǎn)。

(二)主電路拓?fù)鋬?yōu)化

通過(guò)優(yōu)化正激式開關(guān)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可從根源上降低電壓和電流的變化率，減少干擾的產(chǎn)生。例如，在原邊回路中增加緩沖電路(如 RC 緩沖、RLC 緩沖)，可有效抑制開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電壓尖峰，降低 dv/dt 值，從而減少差模干擾。對(duì)于副邊整流電路，采用同步整流技術(shù)替代傳統(tǒng)的二極管整流，可降低整流過(guò)程中的反向恢復(fù)電流，減少電流突變帶來(lái)的干擾。此外，新型正激拓?fù)淙缬性淬Q位正激拓?fù)洹㈦p管正激拓?fù)涞?，通過(guò)引入輔助開關(guān)管或鉗位電容，實(shí)現(xiàn)了漏感能量的回收利用，不僅提高了電源的效率，還顯著抑制了開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電壓振蕩，從根本上降低了傳導(dǎo)干擾的強(qiáng)度。

(三)PCB 布局與布線設(shè)計(jì)

PCB 板的布局和布線是影響傳導(dǎo)干擾傳播的關(guān)鍵因素，不合理的布局會(huì)導(dǎo)致寄生參數(shù)增大，加劇干擾問(wèn)題。在正激式開關(guān)電源的 PCB 設(shè)計(jì)中，需遵循 “最小回路面積” 原則，將主功率回路(如開關(guān)管、高頻變壓器原邊、輸入電容)的布線盡量縮短、加寬，減少回路的寄生電感和電阻，降低差模干擾的產(chǎn)生。同時(shí)，需嚴(yán)格區(qū)分功率地和信號(hào)地，采用單點(diǎn)接地或多點(diǎn)接地相結(jié)合的方式，避免高頻干擾電流在接地回路中形成環(huán)流。對(duì)于高頻變壓器，應(yīng)盡量減少其原副邊之間的分布電容，可通過(guò)增加原副邊之間的絕緣距離、采用屏蔽層等方式實(shí)現(xiàn)。此外，將 EMI 濾波器、輸入電容等元件靠近電源輸入端布局，可縮短干擾信號(hào)的傳播路徑，提高濾波效果。

三、EMI 測(cè)試與驗(yàn)證

為確保正激式開關(guān)電源的傳導(dǎo)干擾水平符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如 GB/T 17799.2、EN 55032 等)，必須進(jìn)行嚴(yán)格的 EMI 測(cè)試與驗(yàn)證。傳導(dǎo) EMI 測(cè)試通常采用人工電源網(wǎng)絡(luò)(LISN)作為測(cè)試平臺(tái)，通過(guò)頻譜分析儀測(cè)量電源線中的差模和共模干擾電壓。測(cè)試過(guò)程中，需分別在 150kHz-30MHz 頻率范圍內(nèi)對(duì)差模和共模干擾進(jìn)行掃描，若測(cè)得的干擾電壓超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值，則需重新優(yōu)化抑制方案，如調(diào)整 EMI 濾波器的參數(shù)、改進(jìn) PCB 布局等，直至滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，在產(chǎn)品研發(fā)階段，可采用仿真軟件(如 PSpice、Saber)對(duì)傳導(dǎo) EMI 進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)建立包含寄生參數(shù)的電路模型，模擬不同工況下的干擾特性，為抑制方案的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，縮短研發(fā)周期。

四、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著新能源、5G 通信等領(lǐng)域?qū)﹂_關(guān)電源的 EMC 要求不斷提高，傳導(dǎo)電磁干擾抑制技術(shù)將朝著更高效、更集成的方向發(fā)展。一方面，寬禁帶半導(dǎo)體器件(如 SiC、GaN)的應(yīng)用將顯著降低開關(guān)損耗，同時(shí)其更快的開關(guān)速度也對(duì)干擾抑制提出了更高要求，未來(lái)需開發(fā)適配寬禁帶器件的新型 EMI 濾波器和緩沖電路。另一方面，集成化設(shè)計(jì)將成為趨勢(shì)，通過(guò)將 EMI 濾波器、功率器件、控制電路集成在同一芯片或模塊中，可減少寄生參數(shù)，提高系統(tǒng)的 EMC 性能。此外，基于人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的 EMI 預(yù)測(cè)與優(yōu)化技術(shù)也將逐步應(yīng)用，通過(guò)建立干擾特性與設(shè)計(jì)參數(shù)之間的映射模型，實(shí)現(xiàn)抑制方案的自動(dòng)優(yōu)化，進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)效率。

綜上所述，正激式開關(guān)電源傳導(dǎo)電磁干擾的抑制是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，需結(jié)合產(chǎn)生機(jī)理，從濾波技術(shù)、拓?fù)鋬?yōu)化、PCB 設(shè)計(jì)等多方面入手，通過(guò)理論分析、仿真預(yù)測(cè)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)干擾水平的有效控制。在未來(lái)的研究中，需不斷突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，推動(dòng)開關(guān)電源向更高頻率、更低干擾、更高集成度的方向發(fā)展，以滿足日益嚴(yán)苛的電磁兼容性要求。