电源抗干扰设计优化方案

当设备或元件共用电源线和地线时，设备或元件就会通过公共阻抗产生相互干扰，如共用电源则称共电源阻抗干扰，如共用地线则称共地线阻抗干扰。

电源为系统中所有设备共用，其电源内阻也为所有设备共用。当其中一个功率足够大的设备工作时，会使电源的电流增加，从而使电源内阻上的电压降增加，进而使其它设备的端电压降低，供电线路具有电感，瞬态变化的电流将在这些电感上产生电压降，当电压降超过数字逻辑元件的噪声容限时就会产生干扰。

（1）电网电压波动的抗干扰措施

1）计算机控制系统的供电应该与大功率的动力负载供电分开。

2）在经常停电的地方，计算机控制系统的供电应考虑安装不间断电源（UPS）。

3）对于长时间欠电压、过电压和电压波动的地方，应安装交流稳压器。交流稳压器的类型有电子磁饱和交流稳压器、铁磁谐振式稳压变压器、抽头式交流稳压器等。

（2）电子设备内部电源线抗干扰措施

把去耦合电容加在每个集成片的电源端子之间。去耦合电容为集成片的瞬态变化电流提供了一个就近的高频通道，使该电流不至于通过环路面积较大的供电线路，从而大大减小了向外的辐射噪声。

（3）配电抗干扰

电源是控制系统电子电路的能量供应部分。控制系统的电子电路常采用由交流电源（例如220V，50Hz）变换成直流来供电的（如24V，5V）。由于控制系统的电子电路是通过电源电路接到交流电源上去的，所以交流电源里的噪声通过电源电路干扰了控制系统的电子电路，这是控制系统的电子电路受干扰的主要原因之一。

抑制电源干扰首先从配电系统的设计上采取措施，可采用图8-7所示的配电方案。其中交流稳压器用来保证系统供电的稳定性，低通滤波器可以抑制电网的瞬态干扰。例如图8-8所示的低通滤波器，其中L=100μH，C₁=0.1～0.5μF，C₂=0.01～0.05μF，该低通滤波器对于20kHz以上的干扰抑制能力较好。

图8-7 系统配电方案(www.xing528.com)

当电源变压器初级线圈内靠铁芯的一端接火线时，称为热地，反之称为冷地，初级地与次级地之间会因变压器内绕组间的寄生电容产生高频干扰。因此，在电源变压器的初级线圈和次级线圈间加电容，即加静电屏蔽层，隔离电路如图8-9所示，图中C₃把耦合电容分隔成C₂、C₁，使耦合电容隔离，断开高频干扰信号，能够有效地抑制共模干扰。

图8-8 低通滤波器

图8-9 电源变压器干扰隔离电路

（4）开关电源抗干扰

机电一体化系统目前使用的直流稳压电源可分为常规线性直流稳压电源和开关稳压电源两种。常规线性直流稳压电源由整流电路、三端稳压器及电容滤波电路组成。开关稳压电源是是利用20kHz以上的频率（目前可达250kHz以上），并以开和关的时间之比来控制稳定输出电压的，所以在电源线路内的dU/dt、dI/dt变化很幅度很大，产生很大的浪涌电压和其他各类脉冲，形成一个强烈的干扰源。根据图8-10所示的开关电源的基本原理图，可以分析出其产生干扰的原因，如下：

1）开关电源的大功率开关管VT₁工作在高压大电流的高频切换状态，由导通切换到关断状态时形成的浪涌电压，或由关断切换到导通状态时形成的浪涌电流，它们的高次谐波成分通过向空间发射或通过电源线的传导构成了干扰源。

2）由关断切换到导通状态时续流二极管VD_l受反向恢复特性的限制，产生尖峰状的反向电流，它与二极管结电容以及引线电感形成了阻尼正弦振荡，通过传导和电磁辐射耦合将噪声传播出去，并含有大量的谐波成分，构成干扰。这种由二极管反向电流所造成的噪声是最主要的，它可以分为返回噪声、输出噪声和辐射噪声三类。返回噪声即返回到电网中去的噪声，它通过电源变压器传播到电网中去，影响着附近接在电网上的电子设备，返回噪声又可分为串模噪声和共模噪声；辐射噪声以电磁波的形式干扰其他电路或开关电源内部的电路。

由前所述，开关电源的抗干扰设计主要从抑制干扰源的强度和衰减噪声两个方面考虑。第一个方面，开关电源中的整流二极管VD_l所产生的噪声是最主要的，而该噪声的大小又取决于二极管反向电流的大小。如果将反向电流刚产生至恢复到零这段时间称作反向恢复时间，则反向电流的幅值是正比于反向恢复时间的。为了减少噪声干扰，要求二极管VD_l反向恢复时间要短。将由RC组成的缓冲器并接在整流二极管VD_l上，可以减小输出噪声。第二个方面主要从开关电源本身的屏蔽接地和开关电源多负载的合理布线两方面着手。另外，交流电的引入线应采用粗导线，直流输出线应采用双绞线，扭绞的螺距要小，并尽可能缩短配线长度。

图8-10 开关电源基本电路