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１ 概述
现代住宅小区是信息时代的必然产物，是高科技与现代化的巧妙集成，它已成为现代都市的一个形象代表。现代住宅小区通常必须具备三个条件。
１．１ 楼宇设备与管理自动化
楼宇设备与管理自动化，具有保安系统（包括闭路电视、电子巡更、防盗报警系统）、消防与环境控制系统（包括电力、照明、空调、冷热源、环境的监控和给排水、电梯、停车场的管理系统等）以及自动调节大厦内温度、湿度、灯光等参数的各种设施，以创造舒适、安全的环境。
１．２ 通信自动化
通信自动化，具有良好的通信网络设施，使语音、数据、图像等信息资源在大厦内部流通，并能提供足够的对外通信设施与能力。
１．３ 信息管理自动化
信息管理自动化，能对内部和外部各种公用和专用信息系统进行有效的管理，具有信息搜索、存储、更新、处理、利用、服务等功能。
现代住宅小区在国内已成为大、中型城市的发展方向。而电源是住宅小区各种电子设备必不可少的重要组成部分。电源性能的优劣直接影响电子系统的性能指标。随着电子技术的不断发展和稳压电源的应用范围在住宅小区电子工程领域的扩大，对电源设备自身的可靠性和污染性提出了更高的要求。因此，电源技术逐渐成为住宅小区一个相对独立的研究领域并蓬勃发展起来。在现代住宅小区中主要是由计算机来控制各系统，因而要求计算机的运行绝对可靠、安全和稳定。为此，人们对其电源的质量提出了新的要求。电源品质的好坏，将直接影响其设备运行的稳定性和可靠性，甚至导致重大人身、设备事故，造成巨大的经济损失。由于住宅小区中电子计算机、微处理器以及其它电子仪器设备普遍存在绝缘强度低、对供电电源的质量要求高、过电压耐受能力差等弱点，一般都承受不了±５Ｖ的电压波动，使得这些高灵敏的电子系统在运行时经常出现程序运行错误、数据错误、时间错误、死机、无故重新启动，甚至造成用电设备的永久性损坏，因而造成巨大损失。因此，在住宅小区用电设备中，特别是对精密的电子设备，尽量减少电磁干扰，实施有效的防护措施是必然的趋势。
２ 现代住宅小区电源的干扰方式
住宅小区电源的干扰主要包括电磁干扰（EMI）和射频干扰（RFI）。
２．１ 电磁干扰
电磁干扰，也称为电磁污染，它是电子系统辐射的寄生电能。电磁干扰主要来自电缆、电线，因为它们既是造成电磁干扰的主要发生器，也是主要的接收器。作为发生器，它向空间辐射电磁波，对计算机系统形成的干扰；作为接收器，它也能敏感地接收从其它相邻干扰源所发射的电磁波的干扰。由于计算机系统中的逻辑脉冲前沿很陡峭（纳秒级），对３０～１００Ｈｚ的电磁干扰十分敏感，会使计算机系统中的逻辑出现错误动作。电磁干扰将在住宅小区电网中耦合产生暂态过电压，危害极大。
２．２ 射频干扰
过去认为这些电气干扰的传播包含相似的现象。现在趋向于使用EMI，对于电源来说，EMI通常包括从电源中“逸出”的、污染电气环境的所有自身产生的噪声。同时应包括输出波纹，因为波纹的较高次谐波常常是经电磁场进入负载设备的。也可以说，EMI的任何交流信号或瞬变都是通过稳压电源加到负载上的。直流稳压电源，按其内部电路工作模式可分为线性直流稳压电源和开关型直流稳压电源两大模式。长期以来，一直有过分强调开关型电源固有EMI的倾向，而忽视了线性电源产生电气噪声的可能。因为开关电源工作时，其内部的电压和电流波形都是以非常短的时间上升和下降的，所以开关电源本身是一个射频干扰源；另一方面是由于片面地认为线性电源的各部分都工作于平滑状态，实际上，线性电源也产生开关瞬变。另外，若按噪声干扰源种类来分，可分为尖峰和谐波干扰两种；若按耦合通路来分，可分为传导干扰和辐射干扰两种。
３ 现代住宅小区电源中的干扰源
３．１ 住宅小区开关电源中开关管工作时产生的谐波干扰
在住宅小区开关电源中，功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如反激型变换器的输入电流波形近似为三角波，而正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波，其中含有丰富的高次谐波分量。利用傅氏级数分解上述电流波形可知：近似矩形波电流高次谐波分量的振幅是以２０ｄｂ每十倍频的速率下降；近似三角波电流高次谐波分量的振幅是以４０ｄｂ每十倍频的速率下降。因此，正激型、推挽型和桥式变换器的谐波干扰比反激型变换器大些。当采用零电流和零电压开关时，这种谐波干扰将会很小。另外功率开关管在截止期间，高频变压器绕组漏感引起的电流突变也会产生尖峰干扰。
３．２ 住宅小区交流输入回路产生的干扰
无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间也会引起高频衰减振荡产生干扰。一般整流电路后面总要接比较大的平滑滤波电容，因而整流管的导通角较小，会引起很大的充电电流，使交流输入侧的交流电流发生畸变，影响了电网的供电质量。另外，平滑滤波电容的等效串联电感也有较大的影响。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量，通过开关电源的输入输出线传播出去而形成干扰和干扰的再辐射；而谐波和寄生振荡的能量，通过输入输出线传播时，都会在空间产生电场和磁场。这些电磁场也会干扰附近的电子设备。
３．３ 二极管的反向恢复特性产生的干扰
电源中的主要噪声干扰之一是由二极管断开时的反向恢复特性引起的。高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反向电压而转向截止时，由于ＰＮ结中有较多的载流子积累，因而在载流子消失之前的一段时间内，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化（ｄｉ/ｄｔ）。整流电路中二极管的反向恢复电流波形。全波整流电路中，流过电阻负载的是电流半个正弦波；当输入滤波器中扼流圈的电感为无穷大时，产生谐波丰富的方波；滤波器中扼流圈的电感为实际值时，产生的“讨厌分量”比上一种情况小；电容滤波产生窄脉冲电流，含有丰富的谐波。另外，二极管发热，产生过量的纹波电流，对稳压电路也产生有害的影响。虽然利用快速恢复二极管对高开关速率是需要的，但是，快速恢复特性往往会引起很高的射频分量。采用肖特基势垒二极管（ＳＤＢ）可以避免整流回路中的开关瞬变。从理论上讲，肖特基二极管不会产生少数载流子积累现象，因此也就不会有反向尖峰干扰。但实际上由于受结电容的影响，也会有程度不同的干扰出现。
３．４ 高压电源中的电噪声
高压电源也传播和辐射电气噪声。这种与电压有关的噪声，从几千伏开始出现，当电压高达几十千伏时变得更加明显。高压整流堆的“辐射”是这种噪声的来源之一。该种噪声主要包含射频能量，它是因组成整流堆的许多二极管的迅速通断而产生的。第二种情况是高压电源特有的电晕。电晕是气体的电离。电晕放电激发由电路寄生参数引起的各种谐振，并经常产生杂乱的背景噪声干扰。这种干扰不是连续的，而是随温度、大气状况和电源使用方法的变化而改变。电噪声的第三种来源是，塑料外壳和其它绝缘材料直接和间接受高压电场作用而感应的电荷，这些材料被充电到高电位，然后所充电荷经接地底板或相邻物体放电。由此而产生的干扰，件质上比电晕产生的干扰更不稳定。
４ 现代住宅小区电源抑制干扰的基本方法
干扰源、传播途径和受扰设备是住宅小区电源形成电磁干扰的三个要素，因而抑制住宅小区电源中的电磁干扰也应该从这三个方面着手。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原因；其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦和辐射，切断电磁干扰的传播途径；三是提高受扰设备的抗扰能力，降低对噪声的敏感度。
（１）开关电源本身就是一个电磁干扰发生源，产生电磁干扰的主要原因是电压和电流急剧变化。因此需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率（ｄｕ/ｄｔ与ｄｉ/ｄｔ）。通过增大开关时间，降低开关频率的办法可以减少电磁干扰，但这些办法都与开关电源体积小的特点相违背。近年来，已经研制成功的谐振式、准谐振式、ＰＷＭ控制的软开关等功率变换器使功率开关在电压或电流过零时关断和开通，从而不仅降低了开关的动态损耗，也减少了电路中的动态ｄｕ/ｄｔ、ｄｉ/ｄｔ，抑制了电路中的电磁干扰强度。采用吸收电路也是抑制电磁干扰的好方法。吸收电路的基本原理就是开关断开时为开关提供旁路，吸收蓄积在寄生分布参数中的能量，从而抑制干扰的发生。
（２）采用屏蔽技术可以有效抑制开关电源的电磁辐射干扰。屏蔽的基本思想就是把电磁干扰波引到阻抗比波阻抗低得多的屏蔽导体表面上。在这种情况下电磁波的一部分能量被导体反射，一部分被导体吸收，只有少部分穿过屏蔽层。通常所说的电场容易被较薄的金属壁或隔板反射，甚至在塑料表面喷涂一层导体也能有效地反射电磁波。虽然屏蔽作用主要依靠反射，但是吸收作用也随频率和这种电屏蔽层厚度的增加而增加。当电磁干扰电场的频率较低时，紧紧依靠在塑料表面涂覆很薄的导体作为屏蔽层是不够的。作为低压、大电流电磁干扰源的感应场，其磁场屏蔽需要采用不同的途径。因为在这种情况下，屏蔽主要靠吸收，而不是反射。这种电磁波或低阻抗的电磁干扰能穿透较厚的金属壁或隔板，而不会从导体表面反射回来。这就需要利用导磁材料制成的薄板或盒子的磁旁路作用来增加衰减。通常，一只屏蔽盒若能有效地抑制低阻抗磁源的电磁干扰中的最低频率分量，那么它也能衰减所有的高频分量，而与产生这些分量的磁源性质无关。
功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗，为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行电气隔离，这就使器件和底板或散热器之间产生了分布电容。开关电源的底板是交流电源的地线，因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输人端产生共模干扰，解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片，把屏蔽片接到直流地上，割断了射频干扰向输入电网传播的途径。
在开关电源中电源附近的大部分电磁能量以“磁场”的形式存在，其频率为２０ｋＨｚ或更高。然而，影响其它设备的电磁干扰都来自于开关频率信号的较高次谐波，其频率一般为几兆赫到几百兆赫，这些能量对屏蔽的响应较好，可完全按照对磁场屏蔽的要求来加工屏蔽罩，然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连为一体，就能对电磁场进行有效的屏蔽。但是要注意电源内部的散热问题，以免温度过高。同时为了减少噪声泄漏，对于屏蔽罩上的冷却孔、粗糙面、控制孔及机壳缝隙，要采用导电垫圈、导电塑料、金属屏蔽线、各种镀层和填充材料进行密封。
（３）电源系统的接地和其它电子设备的接地一样，应包括电路工作必须的公共地（或系统基准地）和以安全及抗干扰为目的的接地。电源的金属壳必须接大地，称为安全保护地。金属外壳接大地可以防止事故状态时，金属外壳上出现过高的电压而危及操作人员的安全。在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则。如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声，实际上很难实现“一点接地”。因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采用平面式或多点接地，即利用一导电平面（如底板或多层印刷板电路的导电平面层等）作为参照物，需要接地的各部分就近接到该参照物上。为进一步减少接地回路的压降，可用旁路电容等办法减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。
电源某些部分与大地相连可起到抑制干扰的作用。例如，静电屏蔽层接地可以抑制变化的磁场的干扰；电磁屏蔽用的导体原则上可不接地，但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应，所以仍以接地为好，这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。
（４）滤波是抑制传导干扰的一种很好的方法。交流电能传输电气噪声和电磁辐射。在交流电源进入负载的地方接入适当的低通滤波器，可以衰减或消除这种传输作用。例如，在电源输入端接上滤波器可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰，也可抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中还采用很多的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环等，它们能改善电路的滤波特性。恰当地设计和选择滤波器，并正确安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。如在π型滤波器中，对滤波器元件的选择要保证输入滤波器的谐振频率低于开关电源的工作频率。由于随着电源工作频率的升高，滤波器对运行噪声将更加容易抑制，所以设计中要注意滤波器在工作频率低时的抑制效果。
（５）负载与稳压器开关频率同步对消除噪声的作用
开关型稳压电源输出端的纹波比线性稳压电源约大一个数量级。即使采用滤波、屏蔽和隔离等常用的抗干扰技术，一些灵敏度很高的仪器仍会受干扰的影响。在这种情况下，对精密仪器系统中的一个重要工作频率与电源开关频率同步，就可以很好地提高仪器的抗干扰能力。许多场合中，同步信号频率近似为震荡频率的２倍或３倍，可以得到满意的效果，即稳压电源的振荡器或时钟的频率能稳定地锁定在１/２或１/３的同步频率上。从噪声的干扰角度看，任何同步装置比震荡频率是任意的情况要好。
（６）采用电磁干扰滤波模块
随着模块式电源的迅速发展，大多数模块电源内部已有电磁干扰滤波器。而有些情况时为了提高电源的电磁兼容性，还需要在电源前端设置滤波电路。为此，电源生产厂家已推出了电磁干扰滤波模块。
（７）优化电路设计结构。现代电源装置具有电路结构紧凑，元件小巧和采用印刷电路的特点。在老式设备中，过长的连线起了谐振回路（或“天线”）的作用，因此增加了来自二极管（或开关管）的电磁干扰。一般来说，反向恢复特性所包围的那部分面积越小，整流过程开关瞬变产生的电磁干扰所带能量越少。因此在电路设计中，一定要考虑整流电路在满足散热条件下，尽量缩短线路，减少空间。
５ 结束语
随着现代住宅小区智能化建设的不断发展，人们对电源质量的要求也愈加严格。然而，如何提高电源质量，消除电气中的隐患，保证计算机及精密电子设备正常运行，将是工程设计人员密切关注的问题。
参考文献
1 崔华人.《电子器件选用大全［M］》 浙江科技出版社，2000
2 陈有卿.刘海平.《新颖集成电路应用手册［M］》 人民邮电出版社，1997
3 孟建新.陶国成等.稳压电源的抗干扰分析和设计［J］，苏州城建环保学院学报，2001；4
4 陶国成等.电源抗电池干扰的研究［J］.连云港化工高等专科学校学报，2002；4