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摘要：随着经济的发展与科技的进步，电力自动化发展迅速，各种电力设备都有开关电源控制，开关电源的电磁溶解性是产生干扰的重要因素。本文主要介绍一种电磁兼容测试仪的高压开关电源，阐述怎样提高其电磁溶解性以及抑制电磁干扰性的措施。
关键词：高电磁；兼容性；高压开关电源
开关电源一般具有耗能小、效率高、重量轻等诸多优点，近几年已经被广泛应用于计算机以及其它家用电器领域。但是开关电源的电磁干扰性很强，容易产生较大范围的辐射，不仅对人体有害，而且还会对电子产品产生干扰。所以，近几年人们开始关注开关电源的电磁溶解性，利用先进的传导技术与电子网络技术，研究各种措施，避免电磁兼容对电源开关本身以及人体造成的伤害，同时提高它的抗干扰能力，使其在电磁环境下稳定运行。
一、开关电源的构成及原理
（一）开关电源的组成
一般情况下，我们生活中常用的开关电源主要有4部分构成，他们分别是：主电路、控制与保护电路、监测与现实电路以及辅助电路。其中主电路包括输入滤波器、输入整体与滤波、逆变以及整流与滤波；检测与显示电路主要提供保护电路所需的各种参数和各种显示数据。开关电源的构成图如图一所示。
（二）开关电源工作原理
开关电源的电路图如图二所示，图中的开关K按一定的时间间隔完成接通与断开工作，不停的重复，K被接通以后，输入电源Vn，Vn通过K和滤波电路供电给Rl，当K断开时，输入电源Vin，能量提供就会被断开。在此工作程序中，输入电源想负载提供能量不是连续的，所以为了使负载有连续的能量提供，开关电源必须有储存装置，开关接通时，储存一部分能量，以便开关断开时向负载释放能量，是其源源不断的工作。
二、电磁兼容设计
（一）交流电磁干扰滤波电路
电磁干扰出入电子设备的一个重要途径就是电源线，为了减弱电磁干扰，可以在设备电源线处安装电网过滤器，通过电网过滤器可以有效的切断这条电磁干扰传播途径，从而起到减弱电磁干扰的效果。
合理的改变开关电源的滤波器可以有效的抑制电磁干扰，改进之后的滤波器其之前的滤波器相比，增加了瞬态抑制器、差模扼流圈以及地线扼流圈，另外用磁环套把开关电源的人E口端引线端套起来。这样改变之后的滤波器的干扰脉冲的无扼流圈比之前的干扰脉冲的无扼流圈有更好的效果。比如在受试设备带有改进的过滤器，设备的抗干扰强度可增加2倍左右。
（二）主电路的设计
高频电源一般有很多形式，比如单端正激式、单端反激式、半桥、全桥以及推挽等，他们都有各自的优点，其中半桥式电源的抗不平衡能力很强，电路简单，很适合做高压电源。主电路在运行过程中将直流電压转变为交变的脉冲电压，再经过高频电压器达到多需要的电压，这样做能有效的降低变压器的绝缘要求。
在工作中以防电压器泄漏或者回路引线电感在关键瞬间引起较大的反峰尖刺的影响，开关管的反向耐压应该大于500V。电源功率的转换效率就按80%左右来设计，工作频率为50KHZ，输入的功率为250W。当电网为-10%时，输入变换器的脉冲电流幅值I=2.630A，直流电压E=238V。
（三）电源开关逆变器的设计分析
逆变电路的主要功能是将直流逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。直流至直流转换器的控制直流至直流转换器的作用即是在输入电压与输出负载变动的情况下能够调节输出电压为所设定的位准。电压位准转换的原理由开关导通与截止的波形设计而来，其中输出电压平均值大小开关之导通及截止时间有关。平均输出电压大小调整之最典型的方式是采用脉波宽度调变法，其切换周期为固定，由调整导通时间之大小来改变平均输出电压之大小。
在电源开关各个部件中，逆变器是产生辐射及干扰的主要器件，电源开关的逆变器等效电路图如图三，C12是电路绕组间的分布电容之一，另外两个分布电容C1、C2，可以使变压器内部和主回路中产生高频的振荡环流，增加了变压器功率消耗，同时产生高频电磁辐射。在变压器设计中为了降低辐射，应该尽量减小绝缘材料各部分的分部电容，并通过在初次极之间加一屏蔽层将C12降为零。为了减小电容C2的危害，在设计时把把变压器次级设计成双绕组，通过吸收变压器把绕组间分布电容的谐振能量转移到主电路之外。
等效电路见图5因吸收变压器的存在，相当于在电容Cz两端各加了一个电阻，使电流尖峰减小，电路处于阻尼状态，减小电磁辐射。
当c2=1nF，L^=15uH，U1为f=50kHz，幅值为150 V的正负方波时，利用PSPlCE仿真软件对变压器等效电路进行仿真分析。Rs：=0欧时，即未加吸收变压器时电流ic2波形，Rs：=l千欧时。吸收变压器大大降低了主电路环流的振荡电流峰值（从3A降低到160 mA），使谐振电感与分布电容处于阻尼状态，将绕组问谐振电容的能量转移到Rs上，减小了电磁辐射。
（四）驱动电路
在电源开关中开关的控制主要是通过驱动开关的系统进行调控的，驱动开关的工作原理主要是通过合适的脉宽调制器产生的可以调节的脉波，经过相应的光耦把弹门分离开来，再将分离的脉波输送到驱动电路的驱动开关管处。具体的驱动电路图如图三所示。
从图中可以看出，当光耦导通时，三极管的Q1导通能及时、有效的拉下T2管基极电压，这时T2的工作就被中断。然后再通过增加电阻，使T2处于正常工作状态。当光藕器件截止时，由二极管、三极管以及电容C1构成的加速网略就会想三极管提供电流，使三极管疏通电流，这时将MOSFET的栅极与地面接触，三极管就会断开，从而完成整个驱动电路工作。
三、辐射电磁干扰的抑制措施
该电源有很多的优点，它不仅质量轻、体积小，而且工作过程中产生的噪音很小，抗干扰能力又强。它是为开发快速瞬变脉冲群发生器而研制的，经过近几年的适用于改进，其电容性以及抗干扰性都有良好的效果，已经被广泛应用于电器设备领域。下面我们就从几个方面来具体了解一下它的抗干扰措施以及未来发展方向。电源开关的辐射对人体以及电源本身都有危害，所以需要通过各种措施及降低其电磁干扰，减少其辐射。电压缓冲电路就是一个很好的降低辐射干扰的方式，比如在开关管两端并联RCD缓冲电路，或者在开关管的集电极上串联20-80μH的电感。 功率开关的集电极是开关电源中一个很强的干扰源，在设计时把开关电源的散热片接到集电极上，是集电极与散热器之间产生的电流进入主电路中。从而减少散热器与机壳之间的分布电容，机壳与散热片应该保持一定的距离，散热片的选择可以用具有屏蔽功能的散熱片。整流二极管采用恢复时间短、恢复电荷小以及反相恢复呈软特性的基管，以便更好的降低干扰，另外电容引线应该进可能的短，以便起到减少引线电感的作用。为了减低尖端电流的影响，可以通过并联二极管来达到此效果，因为负载电流越大，二极管的反相恢复时间就会越长，那么它对尖峰电流的影响也会加大。
另外，必须屏蔽开关电源，可以通过模块式全封闭的结构进行屏蔽。一般情况下，采用1毫米左右厚度的镀锌钢板使屏蔽层良好接地。在高频脉冲变压器的初、次级之间加一层屏蔽层，并使之与地面接触，可以起到很好的抑制干扰的作用。将高频脉冲变压器以及输出滤波电感等磁性元件加上屏蔽罩，可以间少磁力干扰。
在实际生活中，电磁干扰会造成通信设备失效，通信噪音大，计算机误码，信号误差增大等恶劣性质量和可能性，随着通信电源向高频化和大功率化发展，其电磁干扰发射的能量越来越大，其他电子设备、电力设备的电源的电磁环越来越复杂，通信电源很容易构成主要的干扰源和被干扰者，解决通信电源的电磁干扰和射频干扰问题，对有效提高通信的可靠性有极其重要的作用。电磁兼容问题既有理论上的问题，但更多的是一种实验技术和工作干扰的产生、传播以及接收等方面加以解决。此外，对电源本身来说，选择合适的电路拓扑结构，合适的电路元件，相关屏蔽措施，合理的布线和正确的接地方式以及良好的防雷措施，在监控系统设计中，充分考虑各种各样抗干扰措施，都是解决电磁干扰的方法。
另外可以通过现代化的先进技术设备，利用网络信息技术，采用仿真软件对电力电子系统的工作过程进行模拟，从而分析计算整个系统的的电磁兼容性能，针对仿真的结果采取有效的措施解决电磁兼容的问题。采用软件开关器件控制技术，减少高频高压流器工作时产生的电磁干扰，从而起到抑制干扰的作用。还可以通过改善高频高压电源主电路拓扑及系统结构，抑制或吸收电磁干扰的硬件电路，从而减小电磁干扰给系统带来的影响。
例如，对于从传播途径来考虑，通过增加共模电感、X电容或者Y 电容等来改善EMI，具体应用实例的改善前后对比报告图如下：
结语：基于高电磁兼容性高压开关电源的特点以及它所产生的危害，我们必须找到降低其危害的措施，以便跟好的利用开关电源，方便人们生活的同时，减少它对器件的损坏。随着科技的发展，高电磁兼容性问题也应该采取先进的技术条件，配合有效的电磁干扰抑制手段，做好整个系统各部分的屏蔽滤波和接地工作，以便使其更好的服务于人们。
参考文献：
[1]刘坤，高迎慧，严萍.高频高压电源的电磁兼容设计方法综述[J].电源技术2011，35（10）：1325-1328
[2]王燕.雷达显示器高压电源的研究及可靠性分析[D].西安电子科技大学2009（6）：1-42
[3]苗立江，王玉峰，李洪春.高压开关电源的电磁兼容设计[J].安全与电磁兼容2005（2）：90-92
[4]李洪春，苗立江，王玉.一种高电磁兼容性高压开关[J].电源高电压技术2006，32（3）：60-71
署名：张艳，
单位：深圳晶福源科技股份有限公司
关键词：高电磁；兼容性；高压开关电源
开关电源一般具有耗能小、效率高、重量轻等诸多优点，近几年已经被广泛应用于计算机以及其它家用电器领域。但是开关电源的电磁干扰性很强，容易产生较大范围的辐射，不仅对人体有害，而且还会对电子产品产生干扰。所以，近几年人们开始关注开关电源的电磁溶解性，利用先进的传导技术与电子网络技术，研究各种措施，避免电磁兼容对电源开关本身以及人体造成的伤害，同时提高它的抗干扰能力，使其在电磁环境下稳定运行。
一、开关电源的构成及原理
（一）开关电源的组成
一般情况下，我们生活中常用的开关电源主要有4部分构成，他们分别是：主电路、控制与保护电路、监测与现实电路以及辅助电路。其中主电路包括输入滤波器、输入整体与滤波、逆变以及整流与滤波；检测与显示电路主要提供保护电路所需的各种参数和各种显示数据。开关电源的构成图如图一所示。
（二）开关电源工作原理
开关电源的电路图如图二所示，图中的开关K按一定的时间间隔完成接通与断开工作，不停的重复，K被接通以后，输入电源Vn，Vn通过K和滤波电路供电给Rl，当K断开时，输入电源Vin，能量提供就会被断开。在此工作程序中，输入电源想负载提供能量不是连续的，所以为了使负载有连续的能量提供，开关电源必须有储存装置，开关接通时，储存一部分能量，以便开关断开时向负载释放能量，是其源源不断的工作。
二、电磁兼容设计
（一）交流电磁干扰滤波电路
电磁干扰出入电子设备的一个重要途径就是电源线，为了减弱电磁干扰，可以在设备电源线处安装电网过滤器，通过电网过滤器可以有效的切断这条电磁干扰传播途径，从而起到减弱电磁干扰的效果。
合理的改变开关电源的滤波器可以有效的抑制电磁干扰，改进之后的滤波器其之前的滤波器相比，增加了瞬态抑制器、差模扼流圈以及地线扼流圈，另外用磁环套把开关电源的人E口端引线端套起来。这样改变之后的滤波器的干扰脉冲的无扼流圈比之前的干扰脉冲的无扼流圈有更好的效果。比如在受试设备带有改进的过滤器，设备的抗干扰强度可增加2倍左右。
（二）主电路的设计
高频电源一般有很多形式，比如单端正激式、单端反激式、半桥、全桥以及推挽等，他们都有各自的优点，其中半桥式电源的抗不平衡能力很强，电路简单，很适合做高压电源。主电路在运行过程中将直流電压转变为交变的脉冲电压，再经过高频电压器达到多需要的电压，这样做能有效的降低变压器的绝缘要求。
在工作中以防电压器泄漏或者回路引线电感在关键瞬间引起较大的反峰尖刺的影响，开关管的反向耐压应该大于500V。电源功率的转换效率就按80%左右来设计，工作频率为50KHZ，输入的功率为250W。当电网为-10%时，输入变换器的脉冲电流幅值I=2.630A，直流电压E=238V。
（三）电源开关逆变器的设计分析
逆变电路的主要功能是将直流逆变成某一频率或可变频率的交流电供给负载。直流至直流转换器的控制直流至直流转换器的作用即是在输入电压与输出负载变动的情况下能够调节输出电压为所设定的位准。电压位准转换的原理由开关导通与截止的波形设计而来，其中输出电压平均值大小开关之导通及截止时间有关。平均输出电压大小调整之最典型的方式是采用脉波宽度调变法，其切换周期为固定，由调整导通时间之大小来改变平均输出电压之大小。
在电源开关各个部件中，逆变器是产生辐射及干扰的主要器件，电源开关的逆变器等效电路图如图三，C12是电路绕组间的分布电容之一，另外两个分布电容C1、C2，可以使变压器内部和主回路中产生高频的振荡环流，增加了变压器功率消耗，同时产生高频电磁辐射。在变压器设计中为了降低辐射，应该尽量减小绝缘材料各部分的分部电容，并通过在初次极之间加一屏蔽层将C12降为零。为了减小电容C2的危害，在设计时把把变压器次级设计成双绕组，通过吸收变压器把绕组间分布电容的谐振能量转移到主电路之外。
等效电路见图5因吸收变压器的存在，相当于在电容Cz两端各加了一个电阻，使电流尖峰减小，电路处于阻尼状态，减小电磁辐射。
当c2=1nF，L^=15uH，U1为f=50kHz，幅值为150 V的正负方波时，利用PSPlCE仿真软件对变压器等效电路进行仿真分析。Rs：=0欧时，即未加吸收变压器时电流ic2波形，Rs：=l千欧时。吸收变压器大大降低了主电路环流的振荡电流峰值（从3A降低到160 mA），使谐振电感与分布电容处于阻尼状态，将绕组问谐振电容的能量转移到Rs上，减小了电磁辐射。
（四）驱动电路
在电源开关中开关的控制主要是通过驱动开关的系统进行调控的，驱动开关的工作原理主要是通过合适的脉宽调制器产生的可以调节的脉波，经过相应的光耦把弹门分离开来，再将分离的脉波输送到驱动电路的驱动开关管处。具体的驱动电路图如图三所示。
从图中可以看出，当光耦导通时，三极管的Q1导通能及时、有效的拉下T2管基极电压，这时T2的工作就被中断。然后再通过增加电阻，使T2处于正常工作状态。当光藕器件截止时，由二极管、三极管以及电容C1构成的加速网略就会想三极管提供电流，使三极管疏通电流，这时将MOSFET的栅极与地面接触，三极管就会断开，从而完成整个驱动电路工作。
三、辐射电磁干扰的抑制措施
该电源有很多的优点，它不仅质量轻、体积小，而且工作过程中产生的噪音很小，抗干扰能力又强。它是为开发快速瞬变脉冲群发生器而研制的，经过近几年的适用于改进，其电容性以及抗干扰性都有良好的效果，已经被广泛应用于电器设备领域。下面我们就从几个方面来具体了解一下它的抗干扰措施以及未来发展方向。电源开关的辐射对人体以及电源本身都有危害，所以需要通过各种措施及降低其电磁干扰，减少其辐射。电压缓冲电路就是一个很好的降低辐射干扰的方式，比如在开关管两端并联RCD缓冲电路，或者在开关管的集电极上串联20-80μH的电感。 功率开关的集电极是开关电源中一个很强的干扰源，在设计时把开关电源的散热片接到集电极上，是集电极与散热器之间产生的电流进入主电路中。从而减少散热器与机壳之间的分布电容，机壳与散热片应该保持一定的距离，散热片的选择可以用具有屏蔽功能的散熱片。整流二极管采用恢复时间短、恢复电荷小以及反相恢复呈软特性的基管，以便更好的降低干扰，另外电容引线应该进可能的短，以便起到减少引线电感的作用。为了减低尖端电流的影响，可以通过并联二极管来达到此效果，因为负载电流越大，二极管的反相恢复时间就会越长，那么它对尖峰电流的影响也会加大。
另外，必须屏蔽开关电源，可以通过模块式全封闭的结构进行屏蔽。一般情况下，采用1毫米左右厚度的镀锌钢板使屏蔽层良好接地。在高频脉冲变压器的初、次级之间加一层屏蔽层，并使之与地面接触，可以起到很好的抑制干扰的作用。将高频脉冲变压器以及输出滤波电感等磁性元件加上屏蔽罩，可以间少磁力干扰。
在实际生活中，电磁干扰会造成通信设备失效，通信噪音大，计算机误码，信号误差增大等恶劣性质量和可能性，随着通信电源向高频化和大功率化发展，其电磁干扰发射的能量越来越大，其他电子设备、电力设备的电源的电磁环越来越复杂，通信电源很容易构成主要的干扰源和被干扰者，解决通信电源的电磁干扰和射频干扰问题，对有效提高通信的可靠性有极其重要的作用。电磁兼容问题既有理论上的问题，但更多的是一种实验技术和工作干扰的产生、传播以及接收等方面加以解决。此外，对电源本身来说，选择合适的电路拓扑结构，合适的电路元件，相关屏蔽措施，合理的布线和正确的接地方式以及良好的防雷措施，在监控系统设计中，充分考虑各种各样抗干扰措施，都是解决电磁干扰的方法。
另外可以通过现代化的先进技术设备，利用网络信息技术，采用仿真软件对电力电子系统的工作过程进行模拟，从而分析计算整个系统的的电磁兼容性能，针对仿真的结果采取有效的措施解决电磁兼容的问题。采用软件开关器件控制技术，减少高频高压流器工作时产生的电磁干扰，从而起到抑制干扰的作用。还可以通过改善高频高压电源主电路拓扑及系统结构，抑制或吸收电磁干扰的硬件电路，从而减小电磁干扰给系统带来的影响。
例如，对于从传播途径来考虑，通过增加共模电感、X电容或者Y 电容等来改善EMI，具体应用实例的改善前后对比报告图如下：
结语：基于高电磁兼容性高压开关电源的特点以及它所产生的危害，我们必须找到降低其危害的措施，以便跟好的利用开关电源，方便人们生活的同时，减少它对器件的损坏。随着科技的发展，高电磁兼容性问题也应该采取先进的技术条件，配合有效的电磁干扰抑制手段，做好整个系统各部分的屏蔽滤波和接地工作，以便使其更好的服务于人们。
参考文献：
[1]刘坤，高迎慧，严萍.高频高压电源的电磁兼容设计方法综述[J].电源技术2011，35（10）：1325-1328
[2]王燕.雷达显示器高压电源的研究及可靠性分析[D].西安电子科技大学2009（6）：1-42
[3]苗立江，王玉峰，李洪春.高压开关电源的电磁兼容设计[J].安全与电磁兼容2005（2）：90-92
[4]李洪春，苗立江，王玉.一种高电磁兼容性高压开关[J].电源高电压技术2006，32（3）：60-71
署名：张艳，
单位：深圳晶福源科技股份有限公司