開(kāi)關(guān)電源也叫交換式電源、開(kāi)關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉換裝置，是電源供應器的一種。其功能是將一個(gè)位準的電壓，透過(guò)不同形式的架構轉換為用戶(hù)端所需求的電壓或電流。開(kāi)關(guān)電源的輸入多半是交流電源（例如市電）或是直流電源，而輸出多半是需要直流電源的設備，例如個(gè)人電腦，而開(kāi)關(guān)電源就進(jìn)行兩者之間電壓及電流的轉換。

 

 

開(kāi)關(guān)電源不同于線(xiàn)性電源，開(kāi)關(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開(kāi)模式（飽和區）及全閉模式（截止區）之間切換，這兩個(gè)模式都有低耗散的特點(diǎn)，切換之間的轉換會(huì )有較高的耗散，但時(shí)間很短，因此比較節省能源，產(chǎn)生廢熱較少。理想上，開(kāi)關(guān)電源本身是不會(huì )消耗電能的。電壓穩壓是透過(guò)調整晶體管導通及斷路的時(shí)間來(lái)達到。相反的，線(xiàn)性電源在產(chǎn)生輸出電壓的過(guò)程中，晶體管工作在放大區，本身也會(huì )消耗電能。開(kāi)關(guān)電源的高轉換效率是其一大優(yōu)點(diǎn)，而且因為開(kāi)關(guān)電源工作頻率高，可以使用小尺寸、輕重量的變壓器，因此開(kāi)關(guān)電源也會(huì )比線(xiàn)性電源的尺寸要小，重量也會(huì )比較輕。

 

開(kāi)關(guān)電源中的電磁干擾分為傳導干擾和輻射干擾兩種。通常傳導干擾比較好分析，可以將電路理論和數學(xué)知識結合起來(lái)，對電磁干擾中各種元器件的特性進(jìn)行研究;但對輻射干擾而言，由于電路中存在不同的干擾源的綜合作用，又涉及到電磁場(chǎng)理論，分析起來(lái)比較困難。

 

傳導干擾可分為共模(CM)干擾和常模(DM)干擾。由于寄生參數的存在以及開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)器件的高頻開(kāi)通與關(guān)斷，開(kāi)關(guān)電源在其輸入端(即交流電網(wǎng)側)產(chǎn)生較大的共模干擾和常模干擾。

 

變換器工作在高頻情況時(shí)，由于dvldt很高，激發(fā)變壓器繞組間以及開(kāi)關(guān)管與散熱片間的寄生電容，從而產(chǎn)生共模干擾。

 

根據共模干擾產(chǎn)生的原理，實(shí)際應用時(shí)常采用以下幾種抑制方法:

 

(1)優(yōu)化電路元器件布置，盡量減少寄生、糯合電容。

(2)延緩開(kāi)關(guān)的開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)間，但這與開(kāi)關(guān)電源高頻化的趨勢不符。

(3)應用緩沖電路，減緩dv/dt的變化率。變換器中的電流在高頻情況下作開(kāi)關(guān)變化，從而在輸人、輸出的濾波電容上產(chǎn)生很高的dv/dt，即在濾波電容的等效電感或阻抗上感應出干擾電壓，這時(shí)就會(huì )產(chǎn)生常模干擾。故選用高質(zhì)量的濾波電容(等效電感或阻抗很低)可以降低常模干擾。

 

輻射干擾又可分為近場(chǎng)干擾[測量點(diǎn)與場(chǎng)源距離<λ/6(λ為干擾電磁波波長(cháng))]和遠場(chǎng)干擾(測量點(diǎn)與場(chǎng)源距離>λ/6)。由麥克斯韋電磁場(chǎng)理論可知，導體中變化的電流會(huì )在其周?chē)臻g產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，而變化的磁場(chǎng)又產(chǎn)生變化的電場(chǎng)。兩者都遵循麥克斯韋方程式。而這一變化電流的幅值和頻率決定了產(chǎn)生電磁場(chǎng)的大小以及其作用范圍。在輻射研究中天線(xiàn)是電磁輻射源，在開(kāi)關(guān)電源電路中，主電路中的元器件、連線(xiàn)都可以認為是天線(xiàn)，可以應用電偶極子和磁偶極子理論來(lái)分析。分析時(shí)，二極管、開(kāi)關(guān)管、電容等可看成電偶極子;電感線(xiàn)圈可以認為是磁偶極子，再以相關(guān)的電磁場(chǎng)理論進(jìn)行綜合分析就可以了。

 

需要注意的是，不同支路的電流相位不一定相同，在磁場(chǎng)計算時(shí)這一點(diǎn)尤其重要。相位不同，一是因為干擾從干擾源傳播到測量點(diǎn)存在時(shí)延作用(也稱(chēng)遲滯效應);二是因為元器件本身的特性導致相位不同。如電感中電流相位比其他元器件要滯后。遲滯效應引起的相位滯后是信號頻率作用的結果，僅在頻率很高時(shí)作用才較明顯(如GHz級或更高);對于功率電子器件而言，頻率相對較低，故遲滯效應作用不是很大。

 

在開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的兩類(lèi)干擾中，傳導干擾由于經(jīng)電網(wǎng)傳播，會(huì )對其他電子設備產(chǎn)生嚴重的干擾，往往引起更嚴重的問(wèn)題。常用的抑制方法有緩沖器法，減少搞合路徑法，減少寄生元件法等。近年來(lái)，隨著(zhù)對電子設備電磁干擾的限制越來(lái)越嚴格，又出現了一些新的抑制方法，主要集中在新的控制方法與新的無(wú)源緩沖電路的設計等幾個(gè)方面。

 

調制頻率控制

 

干擾是根據開(kāi)關(guān)頻率變化的，干擾的能量集中在這些離散的開(kāi)關(guān)頻率點(diǎn)上，所以很難滿(mǎn)足抑制電磁干擾(EMI)的要求。通過(guò)將開(kāi)關(guān)信號的能量調制分布在一個(gè)很寬的頻帶上，產(chǎn)生一系列的分立邊頻帶，則干擾頻譜可以展開(kāi)，干擾能量被分成小份分布在這些分立頻段上，從而更容易達到EMI標準。調制頻率控制就是根據這種原理實(shí)現對開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的抑制。

 

最初人們采用隨機頻率控制，其主要思想是在控制電路中加入一個(gè)隨機擾動(dòng)分量，使開(kāi)關(guān)間隔進(jìn)行不規則變化。則開(kāi)關(guān)噪聲頻譜由原來(lái)離散的尖峰脈沖噪聲變成連續分布噪聲，其峰值大大下降。具體辦法是，由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生兩種不同占空比的脈沖，再與電壓放大器產(chǎn)生的誤差信號進(jìn)行采樣選擇產(chǎn)生最終的控制信號。

 

但是，隨機頻率控制在開(kāi)通時(shí)基本上采用PWM控制的方法，在關(guān)斷時(shí)才采用隨機頻率，因而其調制干擾能量不便控制，抑制干擾的效果不是很理想。而最新出現的調制頻率控制很好地解決了這些問(wèn)題，其原理是，將主開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行調制，在主頻帶周?chē)a(chǎn)生一系列的邊頻帶，從而將噪聲能量分布在很寬的頻帶上，降低了干擾。這種控制方法的關(guān)鍵是對頻率進(jìn)行調制，使開(kāi)關(guān)能量分布在邊頻帶的范圍，且幅值受調制系數β的影響(調制系數β=△f/fm，△f為相鄰邊頻帶間隔，fm為調制頻率)，一般β越大調制效果越好。

 

無(wú)源緩沖電路設計

 

開(kāi)關(guān)變換器中的電磁干擾是在開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)時(shí)刻產(chǎn)生的。以整流二極管為例，在開(kāi)通時(shí)，其導通電源不僅引起大量的開(kāi)通損耗，還產(chǎn)生很大的dvl巾，導致電磁干擾;而在關(guān)斷時(shí)，其兩端的電壓快速升高，有很大的dvl巾，從而產(chǎn)生電磁干擾。緩沖電路不僅可以抑制開(kāi)通時(shí)的dvldt、限制關(guān)斷時(shí)的dvl白，還具有電路簡(jiǎn)單、成本較低的特點(diǎn)，因而得到廣泛應用。但是傳統的緩沖電路中往往采用有源輔助開(kāi)關(guān)，電路復雜不易控制，并有可能導致更高的電壓或電流應力，降低了可靠性。因此許多新的無(wú)源緩沖器應運而生。