单片机应用系统中开关电源的抗干扰技术

单片机硬件设计中的EMC兼容性与干扰抑制技术单片机硬件设计中的电磁兼容性（EMC）与干扰抑制技术引言在现代电子设备中，单片机（Microcontroller Unit，MCU）起到了至关重要的作用。

单片机的硬件设计必须考虑电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）和抑制干扰的技术。

本文将介绍单片机硬件设计中的EMC兼容性和干扰抑制技术，包括电磁干扰的来源、EMC设计要求、常用的干扰抑制技术以及正确的布线和接地技巧。

一、电磁干扰的来源电磁干扰可以由各种外部和内部因素引起。

以下是一些常见的电磁干扰来源：1. 射频辐射：包括无线通信、雷达或其他射频电源等设备产生的电磁波。

2. 电源线干扰：来自交流电源线的噪声，如谐波和干扰信号。

3. 开关电源：开关电源高频噪声会通过电源线和地线传播到其他电子设备中。

4. 过电压和静电放电：电气设备的开关、电磁阀等在操作时可能产生过电压和静电放电。

5. 瞬态电压：包括闪电击中电力线、开关电源的瞬态电压等。

二、EMC设计要求为了满足EMC设计要求，单片机硬件设计应考虑以下方面：1. 辐射和传导：抑制电磁辐射和传导干扰，以确保设备不会对其他设备产生干扰。

2. 抗干扰：增强设备的抗干扰能力，使其能够正常工作并受到外部干扰的影响较小。

3. 地址线、数据线和控制线的布局：合理的布局可以减少交叉耦合和串扰，降低电磁干扰。

4. 接地：良好的接地设计可以降低共模噪声和差模噪声，提高设备的抗干扰能力。

5. 输入输出端口的保护：通过使用适当的保护电路来保护单片机的输入输出端口，防止它们受到外部电磁干扰的损坏。

三、干扰抑制技术1. 滤波器：采用适当的滤波器可以抑制进入单片机的高频噪声。

常见的滤波器包括RC滤波器和LC滤波器。

2. 屏蔽：通过在关键部件周围添加屏蔽罩或屏蔽层，可以有效地防止电磁波的干扰。

3. 地线设计：良好的接地设计可以减少回路的回流电流，降低共模噪声，并提高设备的抗干扰能力。

如何解决单片机的抗干扰问题随着单片机的发展，单片机在家用电器、工业自动化、生产过程控制、智能仪器仪表等领域的应用越来越广泛。

然而处于同一电力系统中的各种电气设备通过电或磁的联系彼此紧密相连，相互影响，由于运行方式的改变，故障，开关操作等引起的电磁振荡会波及很多电气设备。

这对我们单片机系统的可靠性与安全性构成了极大的威胁。

单片机测控系统必须长期稳定、可靠运行，否则将导致控制误差加大，严重时会使系统失灵，甚至造成巨大损失。

因此单片机的抗干扰问题已经成为不容忽视的问题。

1 干扰对单片机应用系统的影响1.1测量数据误差加大干扰侵入单片机系统测量单元模拟信号的输入通道，叠加在测量信号上，会使数据采集误差加大。

特别是检测一些微弱信号，干扰信号甚至淹没测量信号。

1.2 控制系统失灵单片机输出的控制信号通常依赖于某些条件的状态输入信号和对这些信号的逻辑处理结果。

若这些输入的状态信号受到干扰，引入虚假状态信息，将导致输出控制误差加大，甚至控制失灵。

1.3 影响单片机RAM存储器和E2PROM等在单片机系统中，程序及表格、数据存在程序存储器EPROM或FLASH中，避免了这些数据受干扰破坏。

但是，对于片内RAM、外扩RAM、E2PROM 中的数据都有可能受到外界干扰而变化。

1.4 程序运行失常外界的干扰有时导致机器频繁复位而影响程序的正常运行。

若外界干扰导致单片机程序计数器PC值的改变，则破坏了程序的正常运行。

由于受干扰后的PC 值是随机的，程序将执行一系列毫无意义的指令，最后进入“死循环”，这将使输出严重混乱或死机。

2 如何提高我们设备的抗干扰能力2.1 解决来自电源端的干扰。

开关电源的电磁干扰及其滤波措施1引言开关电源与线性稳压电源相比，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等特点，广泛用于计算机及外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域。

但开关电源的突出缺点是产生较强的电磁干扰(EMI)。

EMI信号既占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子仪器造成干扰。

如果处理不当，开关电源本身就会变成一个干扰源。

随着电子产品的电磁兼容性(EMC)日益受到重视，抑制开关电源的EMI，提高电子产品的质量，使之符合有关EMC标准或规范，已成为电子产品设计者越来越关注的问题。

2开关电源产生EMI的原理开关电源产生EMI的因素较多，其中由基本整流器产生的电流高次谐波干扰和变压器型功率转换电路产生的尖峰电压干扰是主要因素。

它们所以产生于电源装置的内部，是由于开关电源中的二级管和晶体管在工作过程中产生的跃变电压和电流，通过高频变压器、储能电感线圈和导线以及系统结构、元件布局等而造成的。

基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。

这是因为正弦波通过整流器后不再是单一频率的电流，而是变成单向脉动电源，此电流波形分解为一直流分量和一系列频率不同的交流分量之和。

实验结果表明，较高的谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐射干扰，一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变，另一方面通过电源线产生射频干扰，使接收机等产生噪声。

变压器型功率转换电路是实现变压、变频以及完成输出电压调整的部件，是开关稳压电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。

它产生的尖峰电压是一种有较大辐度的窄脉冲，其频带较宽且谐波比较丰富。

产生这种脉冲干扰的主要原因是：(1) 开关功率晶体管感性负载是高频变压器或储能电感。

在开关管导通的瞬间，变压器初级出现很大的电流，它在开关管过激励较大时，将造成尖峰噪声。

这个尖峰噪声实际上是尖脉冲，轻者造成干扰，重者有可能击穿开关管。

(2) 由高频变压器产生的干扰。

如何解决电路中的电源抗干扰问题电源抗干扰问题常常困扰着电路设计师和电子工程师。

当电路中存在干扰源时，电源抗干扰能力的强弱将直接影响整个电路的稳定性和性能。

为了解决这一问题，本文将介绍几种常用的电源抗干扰技术和方法，并给出实际应用的案例。

一、电源抗干扰问题的原因电源抗干扰问题主要源于以下几个方面：1. 环境干扰：来自电源供应、电磁辐射以及其他电器设备的干扰信号会通过电源线路传播到整个电路中，影响电路的正常工作；2. 电源线路的干扰：电源线路中存在电感、电容等元件，会产生阻抗变化，引起电源的涟漪以及噪声，导致电压波动；3. 电源本身的干扰：电源本身的工作特性以及设备寿命等因素也会影响电源的稳定性。

二、电源抗干扰的解决方法针对电路中的电源抗干扰问题，可以采用以下几种解决方法：1. 滤波技术滤波技术是解决电源抗干扰问题最常见的方法之一。

通过使用低通滤波器、降噪电容、降噪电感等元件，可以有效地过滤掉电源中的高频噪声和涟漪，保证电路的稳定性。

在设计电路时，可以在电源输入和负载之间增加滤波电容，同时选择合适的电感元件，用来抑制高频信号和电源的涟漪。

2. 设备分离通过合理的布局和设计，将敏感的模拟电路和数字电路等不同类型的设备隔离开来，可以减少干扰信号的相互影响。

此外，还可以使用屏蔽罩、隔离电缆等措施，将不同模块或设备之间的电源线路完全分开，从而进一步提高电路的抗干扰能力。

3. 地线设计地线设计是电源抗干扰中十分重要的一环。

合理的地线布线可以减少共模干扰和传导干扰，提高电路的抗干扰能力。

在电路设计中，应尽量缩短地线长度，减少地线回路面积，采用宽、平的地引线，避免地线突变等措施，以降低地线电阻和电感，减小干扰信号的传输。

4. 选择合适的电源电源的选择对于电路的抗干扰能力至关重要。

在设计电路时，应优先选择稳定性好、噪声小的电源产品，尽量避免使用开关电源等容易产生电源涟漪和噪声的产品。

此外，还可以考虑使用隔离型电源、稳压电源等专用电源产品，进一步提高电路的抗干扰能力。

单片机系统的抗干扰设计随着单片机系统越来越广泛地应用于消费电子、低压电器、医疗设备、以及智能化仪器与仪表等领域，单片机在简化电路设计和提高产品性能的同时，单片机系统本身的电磁干扰问题也成为影响这类设备可靠性的主要因素。

单片机系统是一个含有多种电子元器件和电子部品（乃至子设备和子系统）的复杂电子系统，外来的电磁辐射和传导干扰，以及内部元器件之间、部件之间、以及子系统之间、各传送通道之间的相互干扰对单片机及其数据信息所产生的干扰与破坏，严重地影响了单片机系统的工作稳定性、可靠性和安全性。

因此分析和消除单片机系统的不稳定因数，提高它的电磁兼容性已愈来愈成为人们所关注的课题，而这问题的本身则具有很高的实用价值。

1 单片机系统的可靠性分析一个单片机系统的可靠性是自身软件、硬件与其所处工作环境共同作用的结果，所以系统的可靠性也应从这两方面来进行分析与设计。

对系统本身而言，要在保证系统各项功能实现的同时，对其运行过程中出现的各种干扰信号，以及来自于系统外部的干扰信号进行有效的抑制，这是决定系统可靠性的关键。

而对一个有缺陷的系统来说，设计人员往往只是从逻辑上去保证系统功能的实现，而对系统运行过程中可能出现的问题考虑欠周，采取的措施不足，在干扰面前系统就可能陷入困境。

任何系统的可靠性都是相对的，在一种环境下能够可靠工作的系统，到了另外一种环境就可能就不稳定了，这充分说明环境对系统可靠运行的重要性。

所以在针对系统运行环境去设计系统的同时，应当尽量采取措施来改善系统的运行环境，综合性地解决系统运行的可靠性。

2 单片机系统的电磁干扰问题2.1 单片机系统里电磁干扰的由来单片机的干扰是以脉冲形式进入单片机系统的，其主要渠道有三条，即空间、供电系统及信号通道。

空间干扰多发生在高电压、大电流、高频电磁场附近，通过静电感应、电磁感应等方式侵入系统内部。

供电系统的干扰通过同一电网里用电设备工作时产生的噪声干扰和瞬变干扰来影响单片机系统的工作。

浅谈开关电源电磁干扰及其抑制技术摘要：开关电源以其重量轻、体积小、效率高、可靠性高等优点得到了广泛的应用。

然而，开关电源的电磁干扰不容忽视。

近年来，随着科学技术的发展，电磁干扰问题涉及到的领域不断扩大。

特别是消费类电子电源的体积越来越小，功率越来越大，开关电源的功率密度越来越大，电磁干扰越来越严重，将极大地影响人们的生活和设备的运行。

因此，开关电源的电磁干扰抑制技术一直是国内相关技术人员的研究重点。

关键词：开关电源；电磁干扰；抑制技术引言随着电子信息技术的飞速发展，开关电源以其转换效率高、稳定性好等优点被广泛应用于各个领域。

开关电源在实际应用中经常发生电磁干扰，影响开关电源的使用体验。

解决开关电源的电磁干扰问题，促进开关电源的可靠稳定应用。

1.开关电源工作机理开关电源的主要作用是将电网交流电，转换为设备所需要的直流电，保证用电设备的正常运转。

开关电源电路主要由以下的部分组成：一、输入整流滤波电路；二、反馈控制电路；三、初级功率回路；四、次级整流滤波电路。

其中输入滤波电路主要包括过滤电网杂波的输入滤波器，其能阻止开关电源本身产生的干扰影响到电网，同时也能滤除电网的干扰，保证开关电源正常运行。

整流电路，将电网交流电转化为脉冲直流电。

给控制回路提供能量基础；反馈控制电路是是利用现代电力电子技术，通过对输出电压电流的采样比较，反馈控制开关管开通和关断的时间比率，以实现稳定输出，来满足电气设备的要求，保证整个电气部分的正常运行。

初级功率回路主要由高频变压器、初级开关管、功率检测电阻等组成。

接受反馈控制回路的调节，将整流电路的脉冲直流电，通过高频变压器传递到次级；次级整流滤波电路主要由次级二极管，储能及滤波电容和恒流恒压控制电路组成。

和反馈控制电路相关联，将变压器从初级传递的能量整流后进行一系列的处理，以提供设备所需的直流电压和电流。

1.电磁干扰的危害开关电源内部出现的电磁干扰可分为两种，一种是干扰信号通过导线或公共电源线进行传输，互相产生干扰称为传导干扰；另外一种是开关电源产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备，称为辐射干扰。