引言

电源是各种电子设备不可或缺的组成部分，其性能的优劣直接关系到电子设备的技术指标及能否安全可靠地工作。早年的线性稳压电源因其优良的稳压性能、非常小的输出纹波电压等优点而获得了广泛的应用。但是其必须使用笨重的工频变压器与电网进行隔离，并且调整管功率损耗大，致使电源体积和重量大，效率低下。开关电源采用更高开关频率的功率管替代工频变压器，并且采用软开关、功率因数补偿等技术使得其体积小，重量轻，效率更高，在中、小功率的市场已经代替了线性稳压电源的地位。但是，干扰问题却随之而来。由于开关电源的工作频率比较高(几十到几百kHz)，开关电源本身又是一个很强的功率源，因此，开关电源对电网会造成污染。开关电源向周围空间的辐射骚扰、开关电源对同一电网中其他用电设备的高频传导干扰等电磁兼容方面的问题成了阻碍开关电源进一步推广发展的绊脚石。

20世纪90年代中期以来，世界各国从保护环境和保护人的身体健康出发，先后发展了强制性产品认证，电子和电气产品的电磁兼容性问题受到了制造商和消费者的高度重视，产品的电磁兼容性也成了产品进入世界市场大门的通行证，而开关电源的电磁兼容性更是首当其冲。因此，只有在电源设计的过程中，严格地进行电磁兼容性设计才能保证生产出满足电磁兼容性要求的合格产品，使产品能够在世界各国市场畅通无阻，被消费者接受。

电磁兼容(EMC)是指电子设备或系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。其包括电磁干扰(EMI)和电磁敏感(EMS)两方面的内容。EMI是指电器产品向外发出干扰。EMS是指电器产品抵抗电磁干扰的能力。一台具备良好电磁兼容性能的设备应既不受周围电磁噪声的影响，也不对周围环境造成电磁干扰。电磁干扰的三个要素是干扰源、耦合途径和敏感设备。因此，电磁兼容性设计的任务就可以概括为：削弱干扰源的能量，隔离和减弱噪声耦合途径及提高设备对电磁骚扰的抵抗能力。

本文以电动冲击钻的充电电源电路设计过程为例，讨论开关电源的电磁干扰源和电磁兼容性设计内容。

1 开关电源的电磁干扰源

本电源采用美国Power Integrate(PI)公司TOPSwitch GX246Y集成电源模块。该模块将高电压功率MOSFET、脉宽调制控制、故障保护以及其他的控制电路集成在单片CMOS芯片上，属于低成本、高灵活性的智能功率开关，具有如下突出特点：

　(1)外部可编程精确限流；

　(2)更宽的占空比使得输出功率更大，输入电容减小；

　(3)具有欠压、过压保护功能；

　(4)输入电压前馈技术缩小了最大占空比Dmax，抑制了脉动纹波，并在输入线电压较高时限制Dmax；

　(5)频率抖动功能减少了电磁干扰以及相应的滤波器损耗；

　(6)l32 kHz的开关频率减少了变压器的尺寸，从而减小了电源的尺寸；

　(7)空载时可降低工作频率，使输出电路无需加假负载，降低了能量损耗。

利用PI公司提供的PI Expert软件做成的电源模块结构图如图1所示。

该电路首先将工频电流整流成为直流，再通过高频变压器把原边的电压耦合到副边，输出+18V/3A的电压和电流。TOPSwitch GX246Y根据反馈回路信息控制开关的开合，调整占空比，使电源获得稳定可靠的输出。

此电路产生电磁干扰的最基本原因是其在工作的过程中产生了非常高的di/dt和du/dt。所产生的浪涌电流和尖峰电压形成了强烈干扰源。工频整流滤波使用大容量电容充、放电，开关管高频通断，输出整流二极管的反向恢复都是属于这种类型干扰。另外，开关管的驱动波形，MOSFET漏源波形等开关电源中的电压、电流波形都是接近矩形波形状的周期波，因此，其频率都是MHz级别的，这些高频信号对开关电源的基本信号，特别是控制电路的信号造成干扰。

1.1 输入整流电路的电磁干扰

在输入电路中，整流桥4个整流管(图1中的EMI＆Rectify部分)只有在脉动电压超过输入滤波电容上的电压时才能导通，电流才从市电电源输入，并对滤波电容充电。一旦滤波电容上的电压高于市电电源的瞬时电压，整流管便截止。所以，输入电路的电流是脉冲性质的，并且有着丰富的高次谐波电流。这是因为整流电路的非线性特性，整流桥交流侧的电流严重失真。