随着现代逆变技术的发展， 开关电源以其体积小、重量轻、功耗小、效率高、稳压范围宽等优点， 广泛应用
于空间技术、计算机技术和通信技术等领域． 但开关电源工作频率的快速提高造成了大量的电磁干扰， 尤其
是大功率电流在高频状态下， 大电流、高电压的快速切换会产生很强的电磁噪声， 给电网造成污染， 严重影响
了其他设备的正常工作． 如何提高开关电源的抗干扰能力， 尤其是抑制干扰和避免自身成为严重干扰源， 已
成为电子设计者越来越关注的问题． 本文中作者提出 ３ 种抑制电磁干扰的方法， 这些方法经实际运用证明
是可行的．
１ 开关电源的基本结构
开关电源通常由输入电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成
ａ． 输入电路． 在输入电路中线路滤波器的主要作用是降低由电网电源进入的外来噪声， 抑制开关电源
产生的电磁干扰对公用电网的影响； 浪涌电流抑制电路主要用于抑制浪涌电流； 整流电路的作用是将输入的
交流变为直流．
ｂ． 变换电路． 变换电路是开关电源的核心部分， 主要由开关管和变压器组成．
ｃ． 控制电路． 该电路从输出端采样得到输出直流的电压， 通过与基准电压的比较来改变开关脉冲的占
空比， 从而控制输出直流的电压值， 达到稳定输出．
ｄ． 输出电路． 该电路将高频变压器的次级方波电压整流成单向脉动直流， 并将其平滑成符合设计要求
的低纹波直流电压．
２ 电磁干扰产生的原因
由于开关电源是利用半导体的开和关进行工作的， 因此， 只要改变开和关的时间比就可以控制输出电压
的大小． 开关电源的开关频率通常在 ２０ ｋＨｚ 以上， 当开关通断时， 在其两端会产生很大的浪涌电压， 流过很
大的浪涌电流， 形成较强的电磁干扰源． 浪涌电压和浪涌电流通过输入输出电源以共模或差模的方式向外
传导， 同时还向周围空间辐射形成干扰．
２．１ 输入电路的电磁干扰
工频交流正弦波经过整流后不再是单一频率的电流， 而是单向脉动电流． 其峰值电流除了有直流分量
外， 还包含一系列的高频谐波交流分量． 这些高频谐波分量会沿着传输电路产生传导干扰和辐射干扰， 使前
端电流产生畸变［２］．
２．２ 开关回路产生的电磁干扰
对于开关电源， 开关回路产生的电磁干扰是开关电源的主要干扰源之一． 开关电路主要由开关管和高
频变压器组成， 是开关电源的核心． 开关管工作在高频断通状态， 它的负载为高频变压器的初级线圈． 由于
高频变压器的初级线圈与储存在开关管寄生电容中电荷的作用， 在开关管导通瞬间， 初级线圈中将出现较大
的电流， 并在开关管的两端出现较高的浪涌电压； 在开关管断开瞬间， 由于初级线圈的漏磁通， 使得一部分能
量没有从初级线圈传到次级线圈， 储存在漏感中的这部分能量将和集电极电路中的电容、电阻形成带尖峰的
衰减振荡电压， 叠加在关断电压上， 形成关断电压尖峰， 产生和次级线圈接通时一样的磁化冲击电流， 经传导
到输入输出端形成传导干扰． 另外， 由高频变压器的初级线圈、开关管和滤波电容等构成的高频开关电流环
路可能产生较大的空间辐射， 形成辐射干扰． 如果滤波电容的容量不足或高频特性不良， 则电容上的高频阻
抗就会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成电磁干扰， 造成电网谐波电磁干扰， 从而影响负载设备
的安全运行．
２．３ 二次整流回路（输出电路）产生的电磁干扰
二次整流回路一方面产生电磁辐射干扰， 另一方面回路中的高频电流以差模形式混在直流电压上形成
差模干扰， 影响负载电路的正常工作． 输出侧整流二极管在正向导通时会使 ＰＮ 结内的电荷积累， 二极管加
反向电压时积累的电荷会消失并产生反向交流． 由于开关管变换器的频率较高， 二极管由导通转变为截止
的时间很短， 因此， 要在短时间内使存储的电荷迅速消失就会产生反向浪涌电流．
２．４ 开关控制回路产生的电磁干扰
开关控制回路产生的脉冲信号含有丰富的高次谐波， 也是开关电源产生电磁干扰的原因之一．
抑制开关电源电磁干扰的方法
虽然开关电源的电磁干扰源不可能完全消除， 但可以通过对电磁干扰产生原因的分析与切断电磁波传
播的途径来减小电磁干扰． 抑制开关电源电磁干扰的主要途径包括： 削弱干扰源的能量， 切断噪声耦合路
径， 提高设备对电磁干扰的抵抗能力． 目前抑制干扰的措施大多是设法切断电磁干扰和受扰设备之间的耦
合通道， 实践证明这确是行之有效的方法．
．１ 削弱电磁干扰源的能量
开关电源的工作方式对电磁干扰的强度影响较大， 故在设计开关电源时首先应考虑其工作方式． 如采
用易于控制噪声干扰的它激式工作方式以及光耦隔离型方式； 在条件允许的情况下， 采用工作频率低的开关
电源以降低电磁干扰的高频分量和电磁波的发射效率．
开关电源的主要干扰来自电流和电压的急剧变化， 因此应尽可能地降低电路中电压和电流的变化率．
通常认为软开关技术可以减小开关管通断时电压和电流的变化率， 因此应尽量避免采用硬开关模式， 特别是
在设计较大功率的电源时， 两者产生的电磁干扰存在明显的差异． 采用吸收电路可以抑制电磁干扰， 其基本
原理就是为开关管提供旁路． 当开关管断开时， 回路中残留的磁能量蓄积在电容中； 当开关管接通时， 回路
吸收积蓄在寄生分布电容和分布电感中的能量， 从而抑制干扰的发生． 吸收电路通常并联在开关管两端， 如
图 ２（ａ）、（ｂ） 所示． 这 ２ 种电路均可以吸收开关管在接通和断开瞬间产生的浪涌尖峰电压， 降低开关回路的
干扰．
３．２ 切断噪声的耦合路径
３．２．１ 采用滤波技术
电源噪声是电磁干扰的一种， 其传导噪声的频谱大致为 １０ ￣ ３０ ｋＨｚ， 最高可达 １５０ ｋＨｚ． 根据传播方向
的不同， 电源噪声可分为两类： 一类是从电源线引入的外界干扰， 另一类是由电子设备产生并经电源线传导
出去的干扰． 因此电源噪声是双向干扰信号， 即电子设备既是受干扰的对象同时也是干扰源． 另外从形成特
点看， 电磁干扰也可分为两类， 一类是 ２ 条电源线之间（ 简称线对线） 的差模干扰， 另一类是 ２ 条电源线对大
地的（简称线对地）共模干扰．
由此可见， 在设计电磁干扰滤波器时不但必须符合电磁兼容性的要求， 而且必须双向设置， 既要能滤除
从交流电源线上引入的外部电磁干扰， 又要能避免本身设备向外发出电磁干扰， 以免影响在同一电磁环境下
其他电子设备的正常工作． 因此， 电磁干扰滤波器应能对差模、共模干扰都起到抑制作用． 开关电源电磁干
扰滤波器的电路如图 ３ 所示［３］．
图 ２ 电磁干扰吸收电路
图 ３ 开关电源电磁干扰滤波器电路
Ｆｉｇ． ２ Ａｂｓｏｒｂｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆ ＥＭＩ
Ｆｉｇ． ３ ＥＭＩ ｆｉｌｔｅｒ ｏｆ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ! ｍｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ
图 ３ 中 Ｌ１、Ｌ２ 为 ２ 个线圈匝数相等的共模扼流电感， 这 ２ 个电感对于差模电流和主电流产生的磁通是
反向的， 可以互相抵消， 因而不起作用； 但对于共模干扰信号， 能够产生一个大的电感量而呈现高阻抗， 因此
可以获得最大的滤波效果． 但是由于种种原因， Ｌ１ 和 Ｌ２ 的电感量是不相等的， 两者之差形成差模电感， 它
和 Ｌ３、 形成独立差模抑制电感后又与电容 Ｃｘ 组成 Ｌ! Ｎ 独立端口间的一个低通滤波器， 用于抑制电源线上
Ｌ４
的差模干扰信号．
电容 Ｃｘ 用于衰减差模干扰， 电容 Ｃｙ 用于衰减共模干扰； 电阻 Ｒ 用于消除可能在滤波器中出现的静电积
累． ＩＥＣ! ３８０ 安全技术条件标准的 ８．８ 部分指出， 若 Ｃｘ ＞ ０．１ μＦ 则 Ｒ ＝ ｔ ／ ２．２１Ｃ （ｔ ＝ １ ｓ， Ｃ＝ ２Ｃｘ， μＦ）．
图 ３ 所示电路中各元件参数的选择范围为：Ｃｘ＝ ０．１ ￣ ０．２ μＦ， Ｃｙ＝ ２ ２００ ｐＦ ￣ ０．０３３ μＦ， Ｌ１、
Ｌ２ ＝ １ ￣ ９９ ｍＨ
具体设计时应根据工作电流的大小确定［４］．
在选择滤波元件时， 必须保证输入滤波器的谐振频率低于开关电源的工作频率． 这是因为随着电源工
作频率的升高， 滤波器抑制运行噪声的效果越明显． 因此在滤波器设计时应注意工作频率较低时的抑制效果．
共模电容 Ｃｙ 接在交流电进线与机壳地线之间， 共模电容在电气和机械性能上， 应有足够大的安全余量，
否则在击穿短路发生时， 将使设备机壳带上交流电， 使设备的绝缘或接地保护失效， 危及操作人员的安全
因此必须对电容器 Ｃｙ 的容量进行限制， 使其在额定频率的电压下的漏电流小于安全值； 另外还要求其具有
足够的耐压及耐瞬态高峰值电压的余量， 万一击穿应处于开路状态， 而不会使设备机壳带电．
３．２．２ 采用屏蔽技术
功率开关管和输出二极管等器件通常需要安装散热器或直接将散热器安装在电源底板上， 器件安装时
通常采用导热性能良好的绝缘片进行绝缘， 这样就在器件、电源底板和散热器之间产生了分布电容． 由于开
关电源的底板是交流电源的地线， 因此电磁干扰会通过器件与底板之间的分布电容耦合到交流输入端产生
共模干扰． 采用屏蔽技术可有效抑制开关电源的电磁辐射， 具体做法是在 ２ 层绝缘片之间夹一层屏蔽片， 并
把屏蔽片接到直流地上， 以此割断射频干扰向电网传播的途径．
为了控制开关电源产生的辐射， 以及电磁干扰对其他电子设备的影响， 可仿照磁场屏蔽的方法加工屏蔽
罩， 然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地线连为一体， 这样就能对磁场进行有效的屏蔽． 但在处理时， 需要
注意电源内部的散热问题， 以避免温度过高．
３．３ 设计合理的电路板
在电路板设计时需要注意以下几点［５］：
ａ． 印刷板布局时， 应将模拟电路区和数字电路区合理分开； 将电源线和地线单独引出， 并使电源供给处
汇集到一点； ＰＣＢ 布线时， 高频数字信号线要用短线， 主要信号线最好集中在 ＰＣＢ 板中心， 同时电源线应尽
可能远离高频数字信号线或用地线隔开．
ｂ． 印刷板的电源线和地线的印制条应尽可能宽， 以减小线阻抗， 从而减小公共阻抗引起的干扰噪声．
ｃ． 在选择器件时应多选用贴片元件， 并尽可能缩短元件的引脚长度， 减小分布电感的影响．
ｄ． Ｖｄｄ 和 Ｖｃｃ 电源端应尽可能靠近器件接入滤波电容， 以缩短开关电流的流通途径．
４ 结束语
在开发和设计开关电源中， 如何有效抑制开关电源的电磁干扰， 同时提高开关电源本身对电磁干扰的抗
干扰能力是一个重要课题． 影响开关电源电磁干扰的因素很多， 如逻辑器件的选择和安装位置、系统整个电
路的布局、接地线的布置等， 在设计时都应加以考虑， 以求全面抑制电磁干扰． 本文从分析开关电源的基本
结构入手， 分析了电磁干扰产生的原因， 提出了 ３ 种抑制电磁干扰的方法， 并在为电动机保护装置提供电源
的开关电源设计中加以应用． 实际应用表明， 这 ３ 种方法能有效抑制电磁干扰， 进一步提高了开关电源工作
的稳定性．
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