高頻開關電源電磁干擾（EMI）問題處理不當，不僅污染電網，直接影響其他電氣設備的正常運行，還會造成進廠空間電磁污染，這就導致了高頻開關電源的電磁兼容性問題。本文對鐵路信號電源盤用1200W（24V/50a）高頻開關電源模塊的電磁干擾問題進行了分析，并提出了改進措施。

        高頻開關電源產生的電磁干擾可分為傳導干擾和輻射干擾。傳導擾動通過交流電源傳播，頻率低于30MHz；輻射擾動在空間中傳播，頻率為30-1000mhz。

        1.高頻開關電源電路結構

        高頻開關電源主拓撲電路原理如圖1所示。

        2.高頻開關電源電磁干擾源分析

        圖1a電路中的整流器和功率晶體管Q1、圖1b電路中的功率晶體管Q2~Q5、高頻變壓器T1和輸出整流二極管D1~D2是高頻開關電源工作時電磁干擾的主要來源。具體分析如下。

        整流器產生的高階諧波會引起電力線沿線的傳導干擾和輻射干擾。

        開關功率晶體管工作在高頻導通和截止狀態。為了減小開關損耗，提高電源的功率密度和整體效率，開關功率晶體管的開、關速度越來越快。一般在幾微秒內，開關功率晶體管以這樣的速度開閉，形成浪涌電壓和浪涌電流，產生高頻、高壓峰值諧波、對空間電磁干擾和交流輸入線。

        高頻變壓器T1變換功率時，產生交變電磁場，將電磁波輻射到空間，形成輻射干擾。變壓器的分布電感和電容通過變壓器初級階段間的分布電容振蕩耦合到交流輸入電路，形成傳導干擾。

        當輸出電壓較低時，輸出整流二極管工作在高頻開關狀態，這也是一種電磁干擾源。

        由于二極管寄生電感和結電容的存在以及反向恢復電流的影響，二極管工作在非常高的電壓和電流變化率。二極管反向恢復時間越長，峰值電流的影響越大，干擾信號越強，導致高頻衰減振蕩，這是一種差分模傳導干擾。

        所有產生的電磁信號通過電源線、信號線、接地線等金屬線傳輸到外部電源，形成導電干擾。輻射干擾是由電線和設備輻射的干擾信號或作為天線的互連導線引起的。

        3.高頻開關電源電磁干擾的EMC設計

        在開關電源的入口處增加一個電源濾波器，以抑制開關電源產生的高次諧波。

        一方面抑制了電力線中的高頻共模，另一方面降低了通過電力線輻射的干擾能量。

        電源線應盡量靠近地面，以減少差模輻射的回路面積；輸入交流電源線和輸出直流電源線分開，減少了輸入和輸出之間的電磁耦合；信號線應遠離電源線，靠近地線，線路不宜過長，以減少回路的回路面積；PCB板上的線寬不能突然變化，拐角處采用圓弧過渡，盡量不要使用直角或銳角。電磁兼容測試設備

        芯片和MOS開關配有去耦電容器，這些電容器盡可能靠近并聯設備的電源和接地引腳。

        由于接地導體中存在LDI/dt，PCB板與機箱之間通過銅柱間接連接。對于不適合銅柱連接的導線，應采用較厚的導線并就近接地。

        在開關管和輸出整流二極管兩端增加RC吸收電路，吸收浪涌電壓。

        4.高頻開關電源電磁干擾試驗曲線

        測試樣機在3M暗室中進行了測試。L線和N線的傳導騷擾檢測曲線如圖2和圖3所示，輻射騷擾的垂直極化掃描曲線如圖4和圖5所示。

        根據客運專線標準，傳導騷擾和輻射騷擾限值見表1和表2。

        開關電源一次通過傳導騷擾試驗，試驗波形如圖2、圖3所示，輻射騷擾高頻段230～1000MHz也合格，如圖5所示，但30～200mhz頻率范圍內垂直極化指數超標，而Zui超過標準20dB，如圖4所示。

        從測試結果可以看出，電磁兼容設計在抑制傳導干擾方面取得了很好的效果，高頻段的輻射干擾設計也達到了預期的效果。接下來，我們需要改進30~200MHz頻率范圍內的輻射干擾設計。

        5.高頻開關電源輻射干擾的改進設計

        從圖4可以看出，開關電源存在輻射干擾過大的現象。為了抑制電磁干擾，采用了廉價有效的鐵氧體元件。鐵氧體元件的等效電路是由電感L和電阻R組成的串聯電路，兩者都是頻率的函數。低頻時，R很小，L起主要作用，電磁干擾被反射和抑制；高頻時，R增大，電磁干擾被吸收并轉化為熱能，極大地衰減了高頻干擾。不同的鐵氧體抑制元件具有不同的抑制頻率范圍。簡而言之，鐵氧體元件的選擇和安裝可參考以下項目：

        鐵素體體積越大，緩蝕效果越好；

        當體積一定時，長而薄的形狀比短而厚的形狀好；

        內徑越小，抑制效果越好；

        截面越大，飽和程度越低；

        磁導率越高，抑制頻率越低；

        鐵素體抑制元件應安裝在干擾源附近；

        安裝在輸入輸出線上時，應盡可能靠近屏蔽殼的進出口。

        根據以上對高頻開關電源的干擾源和鐵氧體元件的分析，決定在干擾源附近放置磁珠和磁環。圖1a中電容器C1的接地端子上覆蓋有鐵氧體磁珠（φ 三點五×φ 一點三× 在圖1b中，肖特基二極管用于整流二極管D1和D2，其陽極涂有鐵氧體磁珠（φ 三點五×φ 一點三× 3.5），用于直流輸出電纜的鐵氧體環（φ 十三點五×φ 七點五× 7） 在出口附近轉兩圈。掃描曲線如圖6所示?？梢钥闯?，大多數頻段的輻射干擾已被抑制在標準要求以下，但在81、1和2的頻率下仍超過標準