在電力電子設(shè)備普及的當(dāng)下，開關(guān)電源因高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)控制、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。然而，開關(guān)電源內(nèi)部功率器件的高頻開關(guān)動(dòng)作，會(huì)產(chǎn)生大量電磁噪聲，若不加以抑制，這些噪聲將通過輸入電源線侵入公共電網(wǎng)，不僅干擾電網(wǎng)中其他設(shè)備的正常運(yùn)行，還可能違反國(guó)際電磁兼容(EMC)標(biāo)準(zhǔn)。因此，深入研究 EMC 技術(shù)在抑制開關(guān)電源噪聲傳導(dǎo)中的應(yīng)用，對(duì)保障電網(wǎng)穩(wěn)定性和設(shè)備兼容性具有重要意義。

一、開關(guān)電源噪聲侵入電網(wǎng)的根源與危害

開關(guān)電源的噪聲主要源于功率開關(guān)管(如 MOSFET、IGBT)的高頻通斷過程。當(dāng)開關(guān)管在納秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)，電壓和電流會(huì)產(chǎn)生急劇變化(di/dt、dv/dt)，進(jìn)而在電路中激發(fā)寄生電感和電容的諧振，形成傳導(dǎo)噪聲與輻射噪聲。其中，傳導(dǎo)噪聲是侵入電網(wǎng)的主要形式，可分為差模噪聲和共模噪聲：差模噪聲存在于火線(L)與零線(N)之間，頻率通常在 10kHz-1MHz;共模噪聲則通過火線、零線與大地(PE)之間傳播，頻率覆蓋 1MHz-30MHz，且抑制難度更高。

噪聲侵入電網(wǎng)的危害不容忽視。一方面，高頻噪聲會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)電壓波形畸變，影響電能質(zhì)量，例如干擾精密儀器(如醫(yī)療設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試儀器)的供電穩(wěn)定性，造成數(shù)據(jù)采集誤差或設(shè)備誤觸發(fā);另一方面，若噪聲超出國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)制定的 IEC 61000-3-2 等標(biāo)準(zhǔn)限值，產(chǎn)品將無(wú)法進(jìn)入全球市場(chǎng)，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。此外，長(zhǎng)期存在的噪聲還可能加速電網(wǎng)傳輸線路的老化，增加線路損耗，降低電網(wǎng)整體運(yùn)行效率。

二、EMC 抑制開關(guān)電源噪聲的核心技術(shù)方案

針對(duì)開關(guān)電源噪聲的傳導(dǎo)路徑和特性，EMC 抑制技術(shù)主要從 “阻斷噪聲傳播” 和 “降低噪聲源強(qiáng)度” 兩個(gè)維度展開，其中濾波、接地、屏蔽是三大核心手段。

(一)電源輸入濾波：阻斷噪聲傳導(dǎo)的第一道防線

電源輸入濾波器(EMI Filter)是抑制噪聲侵入電網(wǎng)的關(guān)鍵組件，其核心功能是允許 50/60Hz 的工頻電流正常通過，同時(shí)衰減高頻噪聲。合理設(shè)計(jì)的 EMI 濾波器需同時(shí)抑制差模和共模噪聲：

差模濾波：通過在火線與零線之間串聯(lián)差模電感(DM Inductor)、并聯(lián) X 電容(X-Capacitor)實(shí)現(xiàn)。X 電容通常選用薄膜電容，容量需根據(jù)差模噪聲強(qiáng)度匹配，一般在 0.1μF-10μF 之間，且需滿足安全標(biāo)準(zhǔn)(如 UL 60384-14)，避免擊穿引發(fā)安全隱患。

共模濾波：通過在火線和零線分別與大地之間串聯(lián)共模電感(CM Inductor)、并聯(lián) Y 電容(Y-Capacitor)實(shí)現(xiàn)。共模電感采用雙線并繞結(jié)構(gòu)，利用磁芯的磁耦合效應(yīng)，對(duì)共模噪聲產(chǎn)生高阻抗;Y 電容容量較小(通常在 1nF-100nF)，主要作用是將共模噪聲泄放到大地，但需嚴(yán)格控制漏電流(一般要求≤0.75mA)，防止觸電風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)際應(yīng)用中，EMI 濾波器的安裝位置也至關(guān)重要。濾波器應(yīng)盡量靠近開關(guān)電源的輸入端子，縮短輸入線的暴露長(zhǎng)度，避免輸入線成為噪聲輻射的 “天線”;同時(shí)，濾波器的接地端需采用短而粗的導(dǎo)線連接至設(shè)備金屬外殼，確保接地阻抗低于 1Ω，提升共模噪聲泄放效率。

(二)優(yōu)化接地設(shè)計(jì)：避免噪聲 “二次污染”

不良的接地系統(tǒng)會(huì)導(dǎo)致噪聲通過接地回路耦合至電網(wǎng)，因此需采用 “單點(diǎn)接地” 或 “星形接地” 策略，避免形成接地環(huán)路。具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：

區(qū)分信號(hào)地與功率地：開關(guān)電源的控制電路(如 PWM 芯片、反饋電路)需連接信號(hào)地，功率器件(如開關(guān)管、整流橋)需連接功率地，兩者在靠近電源輸出端的位置單點(diǎn)連接，防止功率地的高頻噪聲干擾信號(hào)回路。

降低接地阻抗：接地導(dǎo)線應(yīng)選用多股銅導(dǎo)線，截面積根據(jù)電流大小選擇(一般不小于 2.5mm2)，長(zhǎng)度控制在 30cm 以內(nèi);接地端子采用鍍錫處理，減少接觸電阻，確保高頻噪聲能快速泄放。

此外，對(duì)于帶有金屬外殼的開關(guān)電源，外殼接地需與電網(wǎng)的保護(hù)接地(PE 線)可靠連接，形成 “屏蔽 - 接地” 一體化系統(tǒng)，將輻射噪聲通過外殼導(dǎo)入大地，避免噪聲通過電源線反向侵入電網(wǎng)。

(三)強(qiáng)化屏蔽措施：抑制輻射噪聲轉(zhuǎn)化為傳導(dǎo)噪聲

開關(guān)電源內(nèi)部的高頻元件(如變壓器、電感)會(huì)產(chǎn)生輻射噪聲，若輻射噪聲耦合至輸入電源線，將轉(zhuǎn)化為傳導(dǎo)噪聲侵入電網(wǎng)。因此，需通過屏蔽技術(shù)阻斷輻射路徑：

元件級(jí)屏蔽：對(duì)高頻變壓器、電感等元件采用金屬屏蔽罩(如馬口鐵、銅箔)包裹，屏蔽罩需可靠接地，將輻射噪聲限制在屏蔽罩內(nèi)部。例如，反激式開關(guān)電源的變壓器可采用屏蔽層繞組，在原副邊繞組之間增加銅箔屏蔽層，并連接至功率地，減少原副邊之間的噪聲耦合。

整機(jī)屏蔽：開關(guān)電源的外殼采用金屬材料(如鋁合金、冷軋鋼板)，并確保外殼的接縫處緊密貼合，避免出現(xiàn)縫隙(縫隙寬度應(yīng)小于噪聲波長(zhǎng)的 1/20，例如 30MHz 噪聲的波長(zhǎng)約為 10m，縫隙需小于 5mm)。若采用塑料外殼，需在內(nèi)部噴涂導(dǎo)電涂料或粘貼金屬箔，形成等效屏蔽層。

三、EMC 測(cè)試與標(biāo)準(zhǔn)：確保抑制效果達(dá)標(biāo)

EMC 抑制效果需通過標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試驗(yàn)證，目前全球主流的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)包括 IEC 61000-3-2(針對(duì)諧波電流發(fā)射)、IEC 61000-6-3(針對(duì)家用設(shè)備的輻射與傳導(dǎo)發(fā)射)等。測(cè)試內(nèi)容主要包括：

傳導(dǎo)發(fā)射測(cè)試：在 150kHz-30MHz 頻段內(nèi)，測(cè)量開關(guān)電源輸入線上的差模和共模噪聲電壓，需滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值(如 Class B 類設(shè)備在 1MHz 時(shí)的共模噪聲限值為 40dBμV)。

諧波電流測(cè)試：在 50/60Hz 工頻下，測(cè)量輸入電流的 3 次、5 次、7 次等諧波分量，確保諧波電流值不超過標(biāo)準(zhǔn)限值(如 Class A 類設(shè)備的 3 次諧波電流限值為 2.3A)。

若測(cè)試不達(dá)標(biāo)，需針對(duì)性優(yōu)化 EMC 設(shè)計(jì)：例如，若共模噪聲超標(biāo)，可增加共模電感的匝數(shù)或更換高磁導(dǎo)率的磁芯;若差模噪聲超標(biāo)，可增大 X 電容容量或在差模電感兩端并聯(lián)阻尼電阻，抑制電感的諧振噪聲。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著開關(guān)電源向高頻化、小型化發(fā)展，噪聲抑制難度不斷提升，EMC 技術(shù)已成為電源設(shè)計(jì)的核心競(jìng)爭(zhēng)力之一。通過合理配置 EMI 濾波器、優(yōu)化接地與屏蔽設(shè)計(jì)，結(jié)合嚴(yán)格的 EMC 測(cè)試驗(yàn)證，可有效阻斷開關(guān)電源噪聲侵入電網(wǎng)，既保障電網(wǎng)的電能質(zhì)量，又確保產(chǎn)品符合全球市場(chǎng)的準(zhǔn)入要求。未來，隨著寬禁帶半導(dǎo)體(如 GaN、SiC)器件的普及，需進(jìn)一步研究新型 EMC 抑制技術(shù)，如主動(dòng)式 EMI 濾波器、自適應(yīng)噪聲抵消技術(shù)，以應(yīng)對(duì)更高頻率的噪聲挑戰(zhàn)，推動(dòng)電力電子設(shè)備向更高效、更可靠的方向發(fā)展。