科学论坛 ●Ｉ 开关电源辐射干扰的计算、测量及抑制方法 蔡岳 浙江杭州３１００００） （中国质量认证中心杭州分中心［摘 要］本文讨论了开关电源辐射干扰的计算方法及主要影响因素，讨论了辐射干扰的主要测量方法，讨论了辐射干扰的主要抑制方法。 ［关键词］开关电源辐射干扰 中图分类号：０４４１．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—９１３Ｘ（２０１０）１９—００２５—０２ １引言 开关电源的电磁兼容问题主要立括传导干扰和辐射干扰。与一般通信领 回路的边长分别为３ Ｃｍ、４ ｅｍ、５ Ｃｍ、６ Ｃｍ和７ Ｃｍ进行模拟，信号频率为 ５００ＭＨｚ。图３（ａ）和图４分别为模拟得到的差模电流辐射的远场ｌ－维方向图 域中人为的向外发射电磁波不同，开关电源中的发射常常是无意的，如果不加 （由于闭合回路的边长变化时其远场方向图是非常相似的，此处只给出边长为 以控制，就会对周围的电子设各产生严重的干扰。随着开关电源的小型化、高 ５ｃｍ时的方向图）和Ｓ Ｅ曲线，从中可以很明显出由于印制线路板接地平面的存 频和高功率设计，闭合印制线回路引起的辐射干扰（差模干扰）己成为开关电源 在使得差模辐射功率主要集中在接地平面上方，同时，远区辐射场的电场强度 的主要辐射干扰源之一。在ＧＢ９２５４—２００８标准中，也增加了对频率为１ＧＨｚ以 与回路面积呈线性变化关系，这与式（１）是完全符合的。 上的辐射干扰的测量要求。因此，研究开关电源中高频辐射干扰有重要的意 ２ ３结果分析 义。 闭合印制线回路的面积越大，差模电流所产生的辐射干扰就越严重。但 ２辐射干扰的计算 是同样面积的闭合印制线回路，如果回路形状发生变化，不再是正方形结构，其 ２．１建立差模电流的辐射模型 产生的辐射干扰效果一样会随着变化，甚至产生相当大的差异。图５显示了当 开关电源利用半导体器件的开和关工作，并以开和关的时问比来控制输出 闭合印制线回路的面积保持２５ｃｍ２不变时，矩形印制线回路源与终端所在的边 电压的高低，由于其通常工作在２０ＫＨｚ以上的开关频率工作，开关电源内的ｄｖ 分别为２ｃｍ、３ｅｍ、４ｃｍ和５ｅｍ时差模电流所产生的辐射干扰效果，且在频率 ／ｄｔ、ｄｉ／ｄｔ很大，产生严重的浪涌电压、浪涌电流和其它各种噪声。图１ 为５００ＭＨｚ、ｌＧＨｚ和１．５ＧＨｚ时分别进行考虑。显然，频率增高，相同结构 是典型的开关电源的简图和产生噪声的回路，含有大量高次谐波的噪声通过闭 的闭合印制线回路产生的辐射干扰跟着增强，并且随着频率增高差模电流的辐 台回路向空间辐射电磁能量，即差模电流的辐对干扰。通常的闭合环形回路的 射能量逐渐向印制线路板的正面 转移 ，如图３所示，这是因为频率的增高使 形状都是不规则的，这里我们只讨论一般的模型，如图２所示。 得接地平面相对于差模电流信号的电尺寸变大，从而对闭合ＥＩＪ￣Ｕ线回路的辐射 这是一种带有接地平面的正方形的闭合印制线环路，在回路的两端分别接 场产生更大的反射效果。更为重要的是，随着闭合印制线回路由正方形逐渐 有电压源和阻抗相等的源内阻、负载，当电压信号的频率较高时，这种结构与 变化为越来越狭长的矩形，差模电流所产生的辐射干扰显著减小。也就是说， 方环形天线是非常相似的，成为一种严重的辐射源。 即使闭合印制线回路的面积相同。适当地改变其形状，使之越来越狭长，同样 ２ ２数值计算 可以减小相同强度的差模电流的辐射干扰。 对于建立好的模型．可以通过电磁场的数值模拟软件来对其辐射特性进 闭合印制线回路上流过的差模电流产生的辐射干扰在各个极化方向上的 行分析。在这里我们使用Ａｎｓ０ｆｔ的ＨＦＳＳ（Ｈｉｇｈ ＦｒｅｑｕｅｎｃＹ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 分布是不同的。图６是矩形印制线回路的源和终端所在的边为３（面积为２５） Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）来进行模拟。首先来研究这种闭合印制线回路的面积发生变化时 时频率为１．５ＧＨｚ差模电流的辐射干扰在ｘ、Ｙ、ｚ方向上的极化分量的三维 其辐射特性如何发生变化。当差模辐射用小环天线产生的辐射来模拟时，在 方向图。 距离辐射回路为的远场的电场强度为Ｅ １３１．６×１０６（ｆＳＩ）（１／ｒ）Ｓｉｎ ０（１） 从图中可以看到，ｘ和ｚ方向上的极化分量主要集中于印制板正面的ｘ轴 其中ｆ（Ｈ２）为回路中电流信号的频率，Ｓ（ｍ２）为回路面积，１（Ａ）为电流强度，ｏ 的两侧，而Ｙ方向上的极化分量主要集中于印制板的正上方区域，并且沿Ｙ方 （０）为测量天线与辐射平面的夹角。我们根据图１所示的结构，取正方形闭合 向的极化分量最大，分别为Ｘ、Ｙ方向极化分量的两倍左右，对于源和终端所在 报文后随即启动正向的ＨＴＴＰ／ＨＴＴＰＳ连接，请求自动配覆服务器的管理。 证及文件传输的功能。当ＣＰＥ向ＡＣＳ主动发起连接请求时，首先主控模块调 ＡＣＳ与ＣＰＥ之间的交互过程，实际是两端软件实体之间的通信会话。用户 用ＴＣＰ／ＩＰ模块进行ＴＣＰ连接：连接成功后，再调用ＳＯＡＰ模块封装ＳＯＡＰ数据：然 端设备需要开发基于ＣＰＥ广‘域网管理协议的系统软件。 后调用ＨＴＴＰ模块封装ＨＴＴＰ头部。调用ＨＴＴＰ模块进行数据发送：调用ＨＴＴＰ模 ３．２基于ＣＰＥ广域网管理协议的实现研究 块进行数据接收：如果解析出错或者解析出”ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ：ｃｌｏｓｅ”则退出 根据ＡＣＳ与ＣＰＥ间交互分析，ＣＰＥ广域剐管理协议的实现主要分以下五个 数据接收和发送循环，关闭连接，清除资源：当解析到ＡＣＳ要求认证时，根据解 模块：主控模块，ＨＴＴＰ模块，ＳＯＡＰ模块，ＲＰＣ模块和参数管理模块。 析的内容，进行相应的ＨＴＴＰ基本或者摘要认证。ＡＣＳ发起连接请求时，需要侦 （１）主控模块 听到ＡＣＳ发来的连接请求：然后进行认证，认证完成，断开连接，重新以ＣＰＥ主 主控模块不会直接处理ＡＣＳ与ＣＰＥ之间的交互的数据，主要根据一些全局 动发起连接请求的方式来开始一次会话。 变量，数据结构进行判断，然后决定调用其它模块完成相应的功能 主控模块 （５）参数管理模块 执行时，首先根据提取到的存储信息初始化整个客户端软件系统，创建全局变 参数管理模块主要足向ＲＰＣ模块及ＭＡ模块提供丰富而有效的接口，使得 量，链表，参数管理树：创建ＨＴＴＰ监听模块，及其他协议模块：获取ＡＣＳ的地址， 其他模块可以高效的查看、修改、增加、删除数据，保证数据的正确性，合 建立与ＡＣＳ之间的会话：管理调度整个系统的请求响应：调用不同模块进行适 法性和完整性。ＲＰＣ模块设置／获取参数等功能主要是通过参数管理模块能 当的处理。 够调用到ＴＲ０６９ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ模块提供的相关接口函数实现的。例如当ＲＰＣ模 （２）ＲＰＣ模块 块处理ＳｅｔＰａｒａｍｅｔｅｒＶａｈｅｓ方法时，传递给ＴＲ０６９参数管理模块完整的ＴＲ０６９ ＲＰＣ模块主要完成ＳＯＡＰ模块传过来的ＲＰＣ方法的处理，处理完成之后创建 参数及参数值。ＴＲ０６９参数模块定位到对应的参数，调用ＴＲ０６９提供的接口函 ＳＯＡＰ回应包，把消息发往下层。使用ＲＰＣ方法时，若ＣＰＥ端收到来自ＡＣＳ端的 数，设置参数值。实现对设备参数值的自动配置。 数据，ＣＰＥ端首先从ＨＴＴＰ数据包中提取ＳＯＡＰ数据，然后解析ＳＯＡＰ数据包，从 结语 ＳＯＡＰ数据包中取得ＲＰＣ方法及其参数：之后根据取得的方法和参数调用ＴＲ０６９ 本文对家庭网络设备运维难问题给出了解决方案，在分析自动配置管理协 接口函数，处理接受到的这个请求。 议的基础上，提出基于ＣＰＥ广域网管理协议的客户端软件开发的模块架构，该 （３）ＳＯＡＰ模块 方案具有一定的通用性，对＿Ｆ系统开发有 一定的参考价值。 ＳＯＡＰ处于整个协议栈ＨＴＴＰ和ＲＰＣ之间，在软件设计中，我们把它单独划分 参考文献 为 一个模块。它的主要功能是数据的封装和解封装。对于上层传下来的ＲＰＣ ［１］Ｊｅｆｆ Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎ，Ｔｉｍ ＳｐｅｔＳ，Ｊｏｈｎ Ｂｌａｃｋｆｏｒｄ．陈科锦．ＴＲ０６９修 方法调用或回应，封装成合法的ＳＯＡＰ包传给下层发送：对于下层传上来的ＳＯＡＰ 正版１，ＣＰＥ广域网管理协议修订版，２００６，１２． 包，如果是ＳＯＡＰ请求，解析出ＲＰＣ方法及其参数，封装成请求结构上传给应用 ［２］刘谦．基于电信网络的家庭网络标准研究进展［Ｊ］．电信科学，２００６． 层：如果是ＳＯＡＰ回应，解析出ＲＰＣ回应，封装成回应结构上传给应用层。需要 ３． 完成三大部分的解析，分别是ＳＯＡＰ Ｅｎｖｅｌｏｐｅ解析、ＳＯＡＰ Ｈｅａｄｅｒ解析和ＳＯＡＰ ［３］唐珂，王民．ＴＲ０６９在家庭网络中的应用［Ｊ］．中兴通讯技术，２００６．４． ＢｅｄＹ解析。 （４）ＨＴＴＰ模块 ＨＴＴＰ主要进行数据的发送和接收、侦听ＡＣＳ的请求连接、进行ＨＴＴＰ认 科技博览ｌ ２５