【摘要】從通信電子系統(tǒng)的EMC標(biāo)準(zhǔn)與要求出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)中的開關(guān)電源電磁干擾機(jī)理進(jìn)行分析，并以某型號(hào)通信系統(tǒng)的開關(guān)電源電磁兼容性試驗(yàn)為例，通過對(duì)開關(guān)電源內(nèi)部干擾抑制、外部干擾抑制、元器件布局、布線等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，闡述了開關(guān)電源EMC設(shè)計(jì)思路、解決方法和注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】EMC開關(guān)電源電磁兼容濾波器干擾源PFC

Analysis of EMC Design of Switching Power Supply in Communication Systems

LIN Rong-ding

(China Electronics Technology Group Corporation No.7 Research Institute, Guangzhou 510310, China)

[Abstract] According to EMC (Electro Magnetic Compatibility) standards and requirements of the electronic communication systems, the electromagnetic interference mechanism of switching power supply in these systems is analyzed. The EMC test of switching power supply in a certain communication system is taken as an example, and then EMC design ideas, solutions and matters needing attention are illustrated by the analysis of internal interference suppression, external interference suppression, component layout and component wiring of switching power supply.

[Key words]EMCswitching power supplyelectromagnetic compatibilityfilterinterference sourcePFC

1 前言

目前通信系統(tǒng)中通常采用線性電源和開關(guān)電源作為系統(tǒng)動(dòng)力能源。由于開關(guān)電源具有體積小、重量輕、效率高等優(yōu)點(diǎn)，逐漸取代了線性電源。隨著通信系統(tǒng)所處電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，對(duì)系統(tǒng)中開關(guān)電源的電磁兼容性要求也就越來越高，因此在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮并滿足電磁兼容性的要求，避免在設(shè)計(jì)完成后再進(jìn)行補(bǔ)救。

2 電磁兼容性要求和依據(jù)

國際無線電干擾委員會(huì)（CISPR）早在1934年就開展了EMC標(biāo)準(zhǔn)的研究。我國在1998年依據(jù)CISPR22、IEC6100系列標(biāo)準(zhǔn)及ITU-T0.41標(biāo)準(zhǔn)，制定的YD/T983-1998《通信電源設(shè)備電磁兼容性限值及測量方法》中詳細(xì)規(guī)定了通信電源的電磁兼容的要求及測試方法等。目前民用的通信產(chǎn)品電源都要求參加強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證（傳導(dǎo)騷擾電壓測試、輻射騷擾場強(qiáng)測試以及諧波電流測試即3C認(rèn)證）。

在軍用通信系統(tǒng)中，不同的軍兵種以及特定使用環(huán)境下，特別是在機(jī)載、車載和艦載等小空間、多系統(tǒng)、多設(shè)備共存的復(fù)雜電磁環(huán)境下，其電磁兼容性問題就更為突出。因此，GJB367A-2001《軍用通信設(shè)備通用規(guī)范》對(duì)通信系統(tǒng)的電磁兼容性做出了明確的要求，并以GJB151A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》為要求，按GJB152A-97《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量》的測試方法進(jìn)行相關(guān)的電磁電容試驗(yàn)。其中，涉及到通信系統(tǒng)電源部分電磁兼容性要求的相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目有CE101、CE102、CS101、CS106等，且在GJB151A-97中詳細(xì)明確了各測試項(xiàng)目的電磁極限值要求。在多次的軍用通信系統(tǒng)電磁兼容性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電源電磁兼容性問題主要集中在CE101、CE102（電源傳導(dǎo)發(fā)射）的測試上。

3 電磁干擾機(jī)理分析

開關(guān)電源的電磁干擾主要表現(xiàn)為電源內(nèi)部干擾（即傳導(dǎo)發(fā)射）和外部干擾（即傳導(dǎo)敏感度）兩個(gè)方面。

3.1開關(guān)電源傳導(dǎo)發(fā)射分析

開關(guān)電源傳導(dǎo)發(fā)射主要是由電流高次諧波干擾和尖峰電壓干擾為主。

電流高次諧波干擾主要是由開關(guān)電源整流回路產(chǎn)生，如圖1所示。當(dāng)濾波電容的電壓輸入增大至飽和時(shí)整流二極管導(dǎo)通，對(duì)C充電。直到C電壓高于輸入電源的瞬時(shí)電壓時(shí)，整流二極管便截止。在整流回路就產(chǎn)生了方波脈沖電流，其輸入交流電壓、電流波形如圖2所示。測試中以基波為100%，可測得3次奇次諧波達(dá)到80%，5次奇次諧波達(dá)到50%，7、9次奇次諧波達(dá)到20%，奇次諧波可達(dá)到39次。輸入電流與市電電源電壓的不同步，還導(dǎo)致了開關(guān)電源的功率因數(shù)低下。試驗(yàn)表明，高次諧波會(huì)沿著輸電線路產(chǎn)生傳導(dǎo)干擾和輻射干擾，使設(shè)備無法達(dá)到電磁兼容性要求規(guī)定的電磁極限值要求。

圖2輸入交流電壓、電流波形圖

尖峰電壓干擾主要是由變壓器型功率轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生，它的主要特征是窄脈沖、大幅度、寬頻帶以及多諧波。尖峰脈沖干擾主要來源于開關(guān)電源器件電路。

（1）開關(guān)管。開關(guān)管負(fù)載為感性負(fù)載（即高頻變壓器線圈）。開關(guān)管導(dǎo)通瞬間，在負(fù)載線圈產(chǎn)生浪涌尖峰電壓；開關(guān)管斷開瞬間，負(fù)載線圈漏磁通的存在會(huì)產(chǎn)生尖峰的衰減振蕩并疊加在關(guān)斷電壓上，形成關(guān)斷電壓尖峰。開關(guān)管通斷瞬間產(chǎn)生的磁化沖擊電流瞬變?cè)肼晻?huì)傳導(dǎo)到輸入和輸出端，造成干擾。

（2）高頻變壓器。開關(guān)管由導(dǎo)通到關(guān)斷時(shí)，高頻變壓器漏感所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢E=-L(di/dt)，在關(guān)斷電壓上疊加，產(chǎn)生關(guān)斷電壓尖峰，形成電磁傳導(dǎo)干擾，既影響變壓器的初級(jí)，還會(huì)影響其他供電設(shè)備工作。由于高頻變壓器的不完全隔離，開關(guān)電源高頻噪聲會(huì)通過其層間的分布電容在初次級(jí)之間傳遞。同時(shí)，變壓器對(duì)外殼存在的分布電容，使得變壓器周圍產(chǎn)生的較強(qiáng)高頻電磁場輻射干擾，耦合周邊引線上形成噪聲干擾。

（3）整流二級(jí)管。整流二極管產(chǎn)生的反向恢復(fù)電流的di/dt遠(yuǎn)小于輸出二極管反向恢復(fù)電流的di/dt，其產(chǎn)生的電壓跳變也遠(yuǎn)小于功率開關(guān)管通斷時(shí)產(chǎn)生的電壓跳變。因此，可以把整流電路的低頻諧波干擾作為電磁干擾耦合通道的一部分進(jìn)行分析和處理。

（4）元器件和導(dǎo)線。開關(guān)電源工作在較高的頻率，會(huì)使低頻的元器件特性發(fā)生變化，從而產(chǎn)生干擾噪聲。

3.2開關(guān)電源傳導(dǎo)敏感度分析

開關(guān)電源的傳導(dǎo)敏感度來源于電源的外部干擾，主要有：系統(tǒng)間的電源干擾和雷電干擾。電源干擾以“共模”和“差?！狈绞酱嬖冢ㄟ^系統(tǒng)間的電源線傳導(dǎo)干擾。干擾類型可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到完全失電之間的變化。

4 開關(guān)電源的電磁兼容設(shè)計(jì)

下面以某型號(hào)通信系統(tǒng)的開關(guān)電源電磁兼容性試驗(yàn)為例，從開關(guān)電源內(nèi)部干擾抑制、外部干擾抑制、元器件布局、布線等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。開關(guān)電源設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。

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4.1EMC試驗(yàn)

EMC測試分為EMI（Electromagnetic Susceptibility，

電磁騷擾發(fā)射測試）和EMS（Electromagnetic Suscepti-bility，抗干擾度測試），系統(tǒng)測試項(xiàng)目有CE101、CE102、CE106、CS101、CS114、CS116、RE101、RE102、RS101、RS103。涉及到系統(tǒng)開關(guān)電源部分的EMC測試有CE101（25Hz～10kHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射）、CE102（10kHz～10MHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射）、CS101（25Hz～50kHz電源線傳導(dǎo)敏感度）、CS116（10kHz～100MHz電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感度）四個(gè)項(xiàng)目的測試。其中，CS101和CS116敏感度測試，系統(tǒng)無敏感現(xiàn)象，測試結(jié)果合格；CE102測試結(jié)果滿足規(guī)定電磁極限值要求；在CE101的測試中，發(fā)現(xiàn)在350Hz奇次諧波處超出極限值1dB，如圖4所示：

圖4CE101測試結(jié)果

該干擾為電源本身的內(nèi)部干擾，通過功率因數(shù)校正電路可對(duì)開關(guān)電源諧波進(jìn)行抑制。

4.2開關(guān)電源內(nèi)部干擾抑制

開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要滿足規(guī)定電磁極限值要求，首先就必須減小開關(guān)電源本身的內(nèi)部干擾。

（1）通過功率因數(shù)校正電路對(duì)開關(guān)電源諧波進(jìn)行抑制

通過在整流后接入一級(jí)濾波功率因數(shù)校正電路（PFC），抑制電流波形的畸變，使輸入電流調(diào)整成與輸入電壓一樣的正弦波。典型的有源功率因數(shù)校正電路如圖5所示。功率因數(shù)控制器MC34261芯片在電路中主要是監(jiān)控輸入端電流，通過調(diào)整Q1開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間使V1輸出穩(wěn)定的直流電壓，同時(shí)跟蹤電壓波形的變化，調(diào)整入端電壓、電流的相位，使輸入的交流電流隨交流電壓平滑變化，達(dá)到抑制電流諧波、提高功率因數(shù)的作用。

（2）Buck變換器電路的電磁干擾抑制

該開關(guān)電源設(shè)計(jì)中采用的各級(jí)直流轉(zhuǎn)換電路均為Buck變換器。下面將結(jié)合Buck變換器來具體討論電磁干擾產(chǎn)生的原因和條件，從而找出抑制和消除的方法。

Buck變換器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖6所示：

圖6Buck變換器的原理結(jié)構(gòu)圖

電路主要由功率開關(guān)管S、肖特基二極管D、濾波電容C、電感L、阻性負(fù)載Ro以及無感采樣電阻RL組成。由此可知，Buck的主要干擾源是開關(guān)管和功率二極管。MOSFET開關(guān)管工作在高頻率、高電壓、大電流狀態(tài)，在快速的開關(guān)工作中可產(chǎn)生電壓尖峰和振蕩，形成低頻傳導(dǎo)和高頻輻射。為解決高、低頻干擾，通常在輸入、輸出端并聯(lián)CBB電容濾高頻紋波的同時(shí)并聯(lián)電解電容來濾低頻紋波。此外，電源中的集成芯片供電管腳需要就近接去耦濾波電容（電容器引線最短以及電流回路面積最?。?，同時(shí)在進(jìn)入PCB板的電源線位置設(shè)置去耦電容器，用于濾除高次紋波。為了抑制開關(guān)產(chǎn)生的瞬態(tài)噪聲，還應(yīng)在開關(guān)管兩端并上RCD吸收網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抑制，以減緩開關(guān)管的源極和漏極間的電壓上升率，得到比較理想的開通和反向關(guān)斷波形。

4.3開關(guān)電源濾波器選用

抑制傳導(dǎo)干擾較為有效的方式是采用EMI濾波器，其主要作用是抑制對(duì)開關(guān)頻率及其高次諧波的噪聲。EMI濾波器放置于電網(wǎng)和開關(guān)電源之間，由串聯(lián)電感器和并聯(lián)電容器組成低通濾波器。設(shè)計(jì)需要滿足規(guī)定要求的特定阻帶頻率和阻帶衰減，以及滿足規(guī)定的通帶頻率和通帶低衰減，通常情況下只要考慮將頻率高于150kHz的傳導(dǎo)型電磁環(huán)境衰減至合理范圍內(nèi)即可。

4.4接地設(shè)計(jì)

軍用通信系統(tǒng)中，除了考慮設(shè)備信號(hào)中的模擬地與數(shù)字地要分離并單點(diǎn)接于電源地外，還需要將設(shè)備的故障保護(hù)地與信號(hào)參考地分開設(shè)置（絕緣）。設(shè)備故障保護(hù)地與機(jī)殼連接，就近接地，同時(shí)信號(hào)參考地也應(yīng)接大地。在使用、測試中設(shè)備機(jī)殼應(yīng)良好接地，能有效地泄放機(jī)殼積累的電荷，避免電磁環(huán)境作用產(chǎn)生的電位差，保證人員和設(shè)備安全，同時(shí)抑制干擾。

4.5屏蔽設(shè)計(jì)

有效地抑制開關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾輻射，設(shè)計(jì)采用閉合全金屬屏蔽框體對(duì)電磁廠進(jìn)行屏蔽，屏蔽外殼的輸入、輸出電源線采用磁環(huán)線圈進(jìn)行濾波處理。對(duì)外連接器選用高效能帶濾波屏蔽功能。屏蔽還應(yīng)考慮散熱問題，主要發(fā)熱器件需要緊貼屏蔽體散熱，外殼上的散熱孔要設(shè)計(jì)為小尺寸的圓形多孔，屏蔽框采用短間距螺釘固定。屏蔽外殼通過螺釘緊固于設(shè)備機(jī)箱側(cè)壁，以滿足散熱和接地要求。

4.6元器件布局、布線設(shè)計(jì)

開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)中，輸入、輸出端的電容器、晶體管和變壓器都需貼近布局，緊湊布線，因?yàn)殚_關(guān)電源的輻射干擾與通路中的電流大小、通路的回路面積以及電流頻率的平方三者的乘積成正比，即E∝I?A?f2。在PCB板的設(shè)計(jì)中，應(yīng)將正負(fù)載流導(dǎo)線分別布在PCB板的頂層和底層，為了使正負(fù)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的外部磁場相互抵消，兩個(gè)載流導(dǎo)體要緊靠保持平行設(shè)計(jì)?？紤]到布線間的電磁耦合問題，在PCB板的設(shè)計(jì)中應(yīng)采取加大布線間的距離、減小敏感電路與干擾源的環(huán)路面積等措施，以減小耦合和互感。

5 結(jié)語

該型號(hào)通信系統(tǒng)在指定的國家電磁兼容試驗(yàn)室進(jìn)行了相關(guān)項(xiàng)目的電磁兼容測試，測試結(jié)果均滿足國軍標(biāo)的要求。因此，只有在設(shè)計(jì)前期充分考慮開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)，才能使產(chǎn)品滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁極限值要求，實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

參考文獻(xiàn)：

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[7] 中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所. GJB152A-97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量[S]. 北京: 國防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部, 1997.★

作者簡介

林榮鼎：現(xiàn)任職于中國電子科技集團(tuán)公司第七研究所，主要從事電源技術(shù)、射頻微波技術(shù)、頻譜管理與監(jiān)測技術(shù)工作。

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4.1EMC試驗(yàn)

EMC測試分為EMI（Electromagnetic Susceptibility，

電磁騷擾發(fā)射測試）和EMS（Electromagnetic Suscepti-bility，抗干擾度測試），系統(tǒng)測試項(xiàng)目有CE101、CE102、CE106、CS101、CS114、CS116、RE101、RE102、RS101、RS103。涉及到系統(tǒng)開關(guān)電源部分的EMC測試有CE101（25Hz～10kHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射）、CE102（10kHz～10MHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射）、CS101（25Hz～50kHz電源線傳導(dǎo)敏感度）、CS116（10kHz～100MHz電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感度）四個(gè)項(xiàng)目的測試。其中，CS101和CS116敏感度測試，系統(tǒng)無敏感現(xiàn)象，測試結(jié)果合格；CE102測試結(jié)果滿足規(guī)定電磁極限值要求；在CE101的測試中，發(fā)現(xiàn)在350Hz奇次諧波處超出極限值1dB，如圖4所示：

圖4CE101測試結(jié)果

該干擾為電源本身的內(nèi)部干擾，通過功率因數(shù)校正電路可對(duì)開關(guān)電源諧波進(jìn)行抑制。

4.2開關(guān)電源內(nèi)部干擾抑制

開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要滿足規(guī)定電磁極限值要求，首先就必須減小開關(guān)電源本身的內(nèi)部干擾。

（1）通過功率因數(shù)校正電路對(duì)開關(guān)電源諧波進(jìn)行抑制

通過在整流后接入一級(jí)濾波功率因數(shù)校正電路（PFC），抑制電流波形的畸變，使輸入電流調(diào)整成與輸入電壓一樣的正弦波。典型的有源功率因數(shù)校正電路如圖5所示。功率因數(shù)控制器MC34261芯片在電路中主要是監(jiān)控輸入端電流，通過調(diào)整Q1開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間使V1輸出穩(wěn)定的直流電壓，同時(shí)跟蹤電壓波形的變化，調(diào)整入端電壓、電流的相位，使輸入的交流電流隨交流電壓平滑變化，達(dá)到抑制電流諧波、提高功率因數(shù)的作用。

（2）Buck變換器電路的電磁干擾抑制

該開關(guān)電源設(shè)計(jì)中采用的各級(jí)直流轉(zhuǎn)換電路均為Buck變換器。下面將結(jié)合Buck變換器來具體討論電磁干擾產(chǎn)生的原因和條件，從而找出抑制和消除的方法。

Buck變換器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖6所示：

圖6Buck變換器的原理結(jié)構(gòu)圖

電路主要由功率開關(guān)管S、肖特基二極管D、濾波電容C、電感L、阻性負(fù)載Ro以及無感采樣電阻RL組成。由此可知，Buck的主要干擾源是開關(guān)管和功率二極管。MOSFET開關(guān)管工作在高頻率、高電壓、大電流狀態(tài)，在快速的開關(guān)工作中可產(chǎn)生電壓尖峰和振蕩，形成低頻傳導(dǎo)和高頻輻射。為解決高、低頻干擾，通常在輸入、輸出端并聯(lián)CBB電容濾高頻紋波的同時(shí)并聯(lián)電解電容來濾低頻紋波。此外，電源中的集成芯片供電管腳需要就近接去耦濾波電容（電容器引線最短以及電流回路面積最小），同時(shí)在進(jìn)入PCB板的電源線位置設(shè)置去耦電容器，用于濾除高次紋波。為了抑制開關(guān)產(chǎn)生的瞬態(tài)噪聲，還應(yīng)在開關(guān)管兩端并上RCD吸收網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抑制，以減緩開關(guān)管的源極和漏極間的電壓上升率，得到比較理想的開通和反向關(guān)斷波形。

4.3開關(guān)電源濾波器選用

抑制傳導(dǎo)干擾較為有效的方式是采用EMI濾波器，其主要作用是抑制對(duì)開關(guān)頻率及其高次諧波的噪聲。EMI濾波器放置于電網(wǎng)和開關(guān)電源之間，由串聯(lián)電感器和并聯(lián)電容器組成低通濾波器。設(shè)計(jì)需要滿足規(guī)定要求的特定阻帶頻率和阻帶衰減，以及滿足規(guī)定的通帶頻率和通帶低衰減，通常情況下只要考慮將頻率高于150kHz的傳導(dǎo)型電磁環(huán)境衰減至合理范圍內(nèi)即可。

4.4接地設(shè)計(jì)

軍用通信系統(tǒng)中，除了考慮設(shè)備信號(hào)中的模擬地與數(shù)字地要分離并單點(diǎn)接于電源地外，還需要將設(shè)備的故障保護(hù)地與信號(hào)參考地分開設(shè)置（絕緣）。設(shè)備故障保護(hù)地與機(jī)殼連接，就近接地，同時(shí)信號(hào)參考地也應(yīng)接大地。在使用、測試中設(shè)備機(jī)殼應(yīng)良好接地，能有效地泄放機(jī)殼積累的電荷，避免電磁環(huán)境作用產(chǎn)生的電位差，保證人員和設(shè)備安全，同時(shí)抑制干擾。

4.5屏蔽設(shè)計(jì)

有效地抑制開關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾輻射，設(shè)計(jì)采用閉合全金屬屏蔽框體對(duì)電磁廠進(jìn)行屏蔽，屏蔽外殼的輸入、輸出電源線采用磁環(huán)線圈進(jìn)行濾波處理。對(duì)外連接器選用高效能帶濾波屏蔽功能。屏蔽還應(yīng)考慮散熱問題，主要發(fā)熱器件需要緊貼屏蔽體散熱，外殼上的散熱孔要設(shè)計(jì)為小尺寸的圓形多孔，屏蔽框采用短間距螺釘固定。屏蔽外殼通過螺釘緊固于設(shè)備機(jī)箱側(cè)壁，以滿足散熱和接地要求。

4.6元器件布局、布線設(shè)計(jì)

開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)中，輸入、輸出端的電容器、晶體管和變壓器都需貼近布局，緊湊布線，因?yàn)殚_關(guān)電源的輻射干擾與通路中的電流大小、通路的回路面積以及電流頻率的平方三者的乘積成正比，即E∝I?A?f2。在PCB板的設(shè)計(jì)中，應(yīng)將正負(fù)載流導(dǎo)線分別布在PCB板的頂層和底層，為了使正負(fù)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的外部磁場相互抵消，兩個(gè)載流導(dǎo)體要緊靠保持平行設(shè)計(jì)?？紤]到布線間的電磁耦合問題，在PCB板的設(shè)計(jì)中應(yīng)采取加大布線間的距離、減小敏感電路與干擾源的環(huán)路面積等措施，以減小耦合和互感。

5 結(jié)語

該型號(hào)通信系統(tǒng)在指定的國家電磁兼容試驗(yàn)室進(jìn)行了相關(guān)項(xiàng)目的電磁兼容測試，測試結(jié)果均滿足國軍標(biāo)的要求。因此，只有在設(shè)計(jì)前期充分考慮開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)，才能使產(chǎn)品滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁極限值要求，實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

參考文獻(xiàn)：

[1] 原田耕介. 開關(guān)電源手冊(cè)[M]. 耿文學(xué),譯. 2版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

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[3] 王英劍,常敏慧,何希才. 新型開關(guān)電源實(shí)用技術(shù)[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 1999.

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[5] 總參第六十一研究所. GJB367A-2001軍用通信設(shè)備通用規(guī)范[S]. 北京: 總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部, 2001.

[6] 中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所. GJB151A-97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求[S]. 北京: 國防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部, 1997.

[7] 中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所. GJB152A-97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量[S]. 北京: 國防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部, 1997.★

作者簡介

林榮鼎：現(xiàn)任職于中國電子科技集團(tuán)公司第七研究所，主要從事電源技術(shù)、射頻微波技術(shù)、頻譜管理與監(jiān)測技術(shù)工作。

全球有97%的運(yùn)營商擬部署SDN

在4月23日召開的“2014中國SDN/NFV大會(huì)”上，中國通信學(xué)會(huì)信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會(huì)主任委員趙慧玲透露，根據(jù)nfonetic的數(shù)據(jù)顯示，在參與調(diào)研的運(yùn)營商中，擬部署SDN的比例高達(dá)97%，擬部署NFV的比例達(dá)到93%。

云化體系將成為未來信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，可有效提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，降低維護(hù)成本，加快業(yè)務(wù)部署。趙慧玲表示,“目前，產(chǎn)業(yè)鏈上下游均意識(shí)到‘功能軟件化或者‘硬件云化是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的大趨勢?！保w象網(wǎng)）

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4.1EMC試驗(yàn)

EMC測試分為EMI（Electromagnetic Susceptibility，

電磁騷擾發(fā)射測試）和EMS（Electromagnetic Suscepti-bility，抗干擾度測試），系統(tǒng)測試項(xiàng)目有CE101、CE102、CE106、CS101、CS114、CS116、RE101、RE102、RS101、RS103。涉及到系統(tǒng)開關(guān)電源部分的EMC測試有CE101（25Hz～10kHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射）、CE102（10kHz～10MHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射）、CS101（25Hz～50kHz電源線傳導(dǎo)敏感度）、CS116（10kHz～100MHz電源線阻尼正弦瞬變傳導(dǎo)敏感度）四個(gè)項(xiàng)目的測試。其中，CS101和CS116敏感度測試，系統(tǒng)無敏感現(xiàn)象，測試結(jié)果合格；CE102測試結(jié)果滿足規(guī)定電磁極限值要求；在CE101的測試中，發(fā)現(xiàn)在350Hz奇次諧波處超出極限值1dB，如圖4所示：

圖4CE101測試結(jié)果

該干擾為電源本身的內(nèi)部干擾，通過功率因數(shù)校正電路可對(duì)開關(guān)電源諧波進(jìn)行抑制。

4.2開關(guān)電源內(nèi)部干擾抑制

開關(guān)電源的設(shè)計(jì)要滿足規(guī)定電磁極限值要求，首先就必須減小開關(guān)電源本身的內(nèi)部干擾。

（1）通過功率因數(shù)校正電路對(duì)開關(guān)電源諧波進(jìn)行抑制

通過在整流后接入一級(jí)濾波功率因數(shù)校正電路（PFC），抑制電流波形的畸變，使輸入電流調(diào)整成與輸入電壓一樣的正弦波。典型的有源功率因數(shù)校正電路如圖5所示。功率因數(shù)控制器MC34261芯片在電路中主要是監(jiān)控輸入端電流，通過調(diào)整Q1開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間使V1輸出穩(wěn)定的直流電壓，同時(shí)跟蹤電壓波形的變化，調(diào)整入端電壓、電流的相位，使輸入的交流電流隨交流電壓平滑變化，達(dá)到抑制電流諧波、提高功率因數(shù)的作用。

（2）Buck變換器電路的電磁干擾抑制

該開關(guān)電源設(shè)計(jì)中采用的各級(jí)直流轉(zhuǎn)換電路均為Buck變換器。下面將結(jié)合Buck變換器來具體討論電磁干擾產(chǎn)生的原因和條件，從而找出抑制和消除的方法。

Buck變換器的原理結(jié)構(gòu)圖如圖6所示：

圖6Buck變換器的原理結(jié)構(gòu)圖

電路主要由功率開關(guān)管S、肖特基二極管D、濾波電容C、電感L、阻性負(fù)載Ro以及無感采樣電阻RL組成。由此可知，Buck的主要干擾源是開關(guān)管和功率二極管。MOSFET開關(guān)管工作在高頻率、高電壓、大電流狀態(tài)，在快速的開關(guān)工作中可產(chǎn)生電壓尖峰和振蕩，形成低頻傳導(dǎo)和高頻輻射。為解決高、低頻干擾，通常在輸入、輸出端并聯(lián)CBB電容濾高頻紋波的同時(shí)并聯(lián)電解電容來濾低頻紋波。此外，電源中的集成芯片供電管腳需要就近接去耦濾波電容（電容器引線最短以及電流回路面積最?。?，同時(shí)在進(jìn)入PCB板的電源線位置設(shè)置去耦電容器，用于濾除高次紋波。為了抑制開關(guān)產(chǎn)生的瞬態(tài)噪聲，還應(yīng)在開關(guān)管兩端并上RCD吸收網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抑制，以減緩開關(guān)管的源極和漏極間的電壓上升率，得到比較理想的開通和反向關(guān)斷波形。

4.3開關(guān)電源濾波器選用

抑制傳導(dǎo)干擾較為有效的方式是采用EMI濾波器，其主要作用是抑制對(duì)開關(guān)頻率及其高次諧波的噪聲。EMI濾波器放置于電網(wǎng)和開關(guān)電源之間，由串聯(lián)電感器和并聯(lián)電容器組成低通濾波器。設(shè)計(jì)需要滿足規(guī)定要求的特定阻帶頻率和阻帶衰減，以及滿足規(guī)定的通帶頻率和通帶低衰減，通常情況下只要考慮將頻率高于150kHz的傳導(dǎo)型電磁環(huán)境衰減至合理范圍內(nèi)即可。

4.4接地設(shè)計(jì)

軍用通信系統(tǒng)中，除了考慮設(shè)備信號(hào)中的模擬地與數(shù)字地要分離并單點(diǎn)接于電源地外，還需要將設(shè)備的故障保護(hù)地與信號(hào)參考地分開設(shè)置（絕緣）。設(shè)備故障保護(hù)地與機(jī)殼連接，就近接地，同時(shí)信號(hào)參考地也應(yīng)接大地。在使用、測試中設(shè)備機(jī)殼應(yīng)良好接地，能有效地泄放機(jī)殼積累的電荷，避免電磁環(huán)境作用產(chǎn)生的電位差，保證人員和設(shè)備安全，同時(shí)抑制干擾。

4.5屏蔽設(shè)計(jì)

有效地抑制開關(guān)電源所產(chǎn)生的干擾輻射，設(shè)計(jì)采用閉合全金屬屏蔽框體對(duì)電磁廠進(jìn)行屏蔽，屏蔽外殼的輸入、輸出電源線采用磁環(huán)線圈進(jìn)行濾波處理。對(duì)外連接器選用高效能帶濾波屏蔽功能。屏蔽還應(yīng)考慮散熱問題，主要發(fā)熱器件需要緊貼屏蔽體散熱，外殼上的散熱孔要設(shè)計(jì)為小尺寸的圓形多孔，屏蔽框采用短間距螺釘固定。屏蔽外殼通過螺釘緊固于設(shè)備機(jī)箱側(cè)壁，以滿足散熱和接地要求。

4.6元器件布局、布線設(shè)計(jì)

開關(guān)電源電路設(shè)計(jì)中，輸入、輸出端的電容器、晶體管和變壓器都需貼近布局，緊湊布線，因?yàn)殚_關(guān)電源的輻射干擾與通路中的電流大小、通路的回路面積以及電流頻率的平方三者的乘積成正比，即E∝I?A?f2。在PCB板的設(shè)計(jì)中，應(yīng)將正負(fù)載流導(dǎo)線分別布在PCB板的頂層和底層，為了使正負(fù)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的外部磁場相互抵消，兩個(gè)載流導(dǎo)體要緊靠保持平行設(shè)計(jì)?？紤]到布線間的電磁耦合問題，在PCB板的設(shè)計(jì)中應(yīng)采取加大布線間的距離、減小敏感電路與干擾源的環(huán)路面積等措施，以減小耦合和互感。

5 結(jié)語

該型號(hào)通信系統(tǒng)在指定的國家電磁兼容試驗(yàn)室進(jìn)行了相關(guān)項(xiàng)目的電磁兼容測試，測試結(jié)果均滿足國軍標(biāo)的要求。因此，只有在設(shè)計(jì)前期充分考慮開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)，才能使產(chǎn)品滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁極限值要求，實(shí)現(xiàn)電磁兼容。

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[6] 中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所. GJB151A-97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求[S]. 北京: 國防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部, 1997.

[7] 中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所. GJB152A-97軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度測量[S]. 北京: 國防科工委軍標(biāo)出版發(fā)行部, 1997.★

作者簡介

林榮鼎：現(xiàn)任職于中國電子科技集團(tuán)公司第七研究所，主要從事電源技術(shù)、射頻微波技術(shù)、頻譜管理與監(jiān)測技術(shù)工作。

全球有97%的運(yùn)營商擬部署SDN

在4月23日召開的“2014中國SDN/NFV大會(huì)”上，中國通信學(xué)會(huì)信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會(huì)主任委員趙慧玲透露，根據(jù)nfonetic的數(shù)據(jù)顯示，在參與調(diào)研的運(yùn)營商中，擬部署SDN的比例高達(dá)97%，擬部署NFV的比例達(dá)到93%。

云化體系將成為未來信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，可有效提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，降低維護(hù)成本，加快業(yè)務(wù)部署。趙慧玲表示,“目前，產(chǎn)業(yè)鏈上下游均意識(shí)到‘功能軟件化或者‘硬件云化是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的大趨勢。”（飛象網(wǎng)）

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