隨著電力和電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源模塊逐漸取代了傳統(tǒng)的整流電源，具有相對體積小、效率高、工作可靠等優(yōu)點。然而，由于開關(guān)電源工作頻率高，內(nèi)部會產(chǎn)生高電流。電壓變化率（即高dv/dt和di/df），導(dǎo)致開關(guān)電源模塊產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾，并通過傳導(dǎo)。輻射和串?dāng)_等耦合方式影響其電路和其他電子系統(tǒng)的正常工作。當(dāng)然，它本身也會受到其他電子設(shè)備電磁干擾的影響。電磁干擾會導(dǎo)致傳輸信號畸變，影響電子設(shè)備的正常工作。雷電、靜電放電等高能電磁干擾，嚴(yán)重時會損壞電子設(shè)備。對于一些電子設(shè)備，電磁輻射會導(dǎo)致重要信息泄漏，嚴(yán)重時會威脅國家信息安全。這就是我們討論的電磁兼容性問題。此外，國家開始強(qiáng)制對部分電子產(chǎn)品進(jìn)行3C認(rèn)證。因此，電子設(shè)備能否滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)將與該產(chǎn)品能否在市場上銷售有關(guān)。因此，開關(guān)電源的電磁兼容性研究非常重要。

1.分析內(nèi)部噪聲干擾源

1.1二極管廈向恢復(fù)引起的噪聲干擾

工頻整流二極管常用于開關(guān)電源。高頻整流二極管。續(xù)流二極管等，由于這些二極管在開關(guān)狀態(tài)下工作，如圖所示，在二極管從阻斷狀態(tài)到導(dǎo)通的轉(zhuǎn)換過程中，會產(chǎn)生高電壓峰UFP；在二極管從導(dǎo)通狀態(tài)到阻斷的轉(zhuǎn)換過程中，有一個反向恢復(fù)時間。在反向恢復(fù)過程中，由于二極管包裝電感和導(dǎo)線電感的存在，反向電壓峰URP會產(chǎn)生瞬態(tài)反向恢復(fù)電流峰IRP，這是電磁干擾的根源。

1.2開關(guān)管開關(guān)產(chǎn)生的電磁干擾

在正負(fù)荷下。推拉式橋式變換器中，流過開關(guān)管的電流波形在阻力負(fù)載下與矩形波相似，富含高頻成分，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾。在反激變換器中，流過開關(guān)管的電流波形在阻力負(fù)載下與三角波相似，高諧波成分相對較少。開關(guān)管開啟時，由于開啟時間短，逆變電路中存在導(dǎo)線電感，會產(chǎn)生大DV/DT和高峰電壓。開關(guān)管關(guān)閉時，由于關(guān)閉時間短，會產(chǎn)生大DI/DT和高電流尖峰。電壓突變會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾。

1.3電感.變壓器等磁性元件引起的電磁干擾

輸入濾波電感器存在于開關(guān)電源中。功率變壓器。隔離變壓器。輸出濾波電感等磁性元件，隔離變壓器一次之間存在寄生電容，高頻干擾信號通過寄生電容耦合到二次；由于繞組工藝等原因，原。二次耦合不理想，泄漏會產(chǎn)生電磁輻射干擾。此外，功率變壓器線圈繞組流過高頻脈沖電流，周圍形成高頻電磁場；電感線圈中的脈動電流會產(chǎn)生電磁場輻射，負(fù)載突切時會形成電壓峰值。同時，當(dāng)它工作飽和時，會產(chǎn)生電流突變，導(dǎo)致電磁干擾。

1.4控制電路引起的電磁干擾

振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號等周期性高頻脈沖信號會產(chǎn)生高頻高諧波，對周圍電路產(chǎn)生電磁干擾。

1.5其他電磁干擾

電路中還會有地環(huán)干擾。公共阻抗耦合干擾，以及控制電源噪聲干擾等。此外，不合理的布線會使電磁干擾通過耦合電容器和線之間的分布互感串?dāng)_或輻射到相鄰的電線上，從而影響其他電路的正常運行。還有熱輻射引起的電磁干擾。熱輻射以電磁波的形式進(jìn)行熱交換，影響其他電子元件或電路的正常穩(wěn)定運行。

2.外部電磁干擾

對于某種電子設(shè)備，外部電磁干擾包括諧波干擾.雷電.太陽噪聲.靜電放電及周圍高頻發(fā)射設(shè)備。

3.開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計

在設(shè)置開關(guān)電源的電磁兼容性汁時，首先要明確系統(tǒng)需要滿足的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)；確定系統(tǒng)中的關(guān)鍵電路，包括強(qiáng)干擾源電路。高敏感電路；明確電源設(shè)備工作環(huán)境中的電磁干擾源和敏感設(shè)備；然后確定電源設(shè)備的電磁兼容性措施。因此，開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計主要從以下三個方面入手：

1)減少干擾源的電磁干擾能量；

2)切斷干擾傳播途徑；

3)提高受擾設(shè)備的抗干擾能力。

以隔離DC/DC變換器為例，討論開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計。

3.1DC/DC變換器輸入電路的電磁兼容性設(shè)計

如圖2所示，F(xiàn)V1為瞬態(tài)電壓抑制二極管RV1為壓敏電阻，具有較強(qiáng)的瞬變浪涌吸收能力，能很好地保護(hù)后部件或電路免受浪涌電壓的破壞。Z1為直流EMI濾波器，接地線必須短，最好直接安裝在金屬外殼上，并確保其輸入。輸出線之間的屏蔽和隔離可以有效地切斷沿輸入線的傳導(dǎo)干擾和沿空間的輻射干擾。L1和C1形成低通濾波電路，當(dāng)L1電感值鞍大時，還必須增加D1和R1，形成續(xù)流電路，吸收L1斷開時釋放的電場能量，否則L1產(chǎn)生的電壓峰會形成電磁干擾，電感L1使用的磁芯最好是閉合磁芯，氣隙開環(huán)磁芯泄漏磁場會形成電磁干擾，C1容量好，減少輸入線周圍的紋波電磁場。

3.2高頻逆變電路的電磁兼容性設(shè)計

如圖3所示，由C2.C3.V2.V3組成的半橋逆變電路，V2.V3為LGBT或M0SFET等開關(guān)器件。V2.V3開關(guān)時，由于開關(guān)時間短，導(dǎo)線電感。變壓器漏感的存在，電路會產(chǎn)生較高的di/dt.dv/dt，從而形成電磁干擾。因此，R4.C4組成的吸收電路被添加到變壓器原側(cè)兩端或V2.V3兩端。在設(shè)計中，G4C5.C6。一般采用低感電容，電容器容量取決于導(dǎo)線電感。同路中的電流值和允許的過沖電壓值由LI2/2=C△V2/2獲得C(L為電路電感，I為電路電流，△V為過沖電壓值)。

為了減少△V，必須降低電路引線的電感值。因此，在設(shè)計中經(jīng)常使用一種叫做多層低感復(fù)合母排的裝置。本集團(tuán)申請專利的母排裝置可將電路電感降低到足夠小的lonh級，從而減少高頻逆變電路的電磁干擾。

在大電流或高電壓下的快速開關(guān)動作是產(chǎn)生電磁噪聲的基礎(chǔ)。因此，盡量選擇電磁噪聲小的電路拓?fù)?。例如，在相同條件下，雙管正激拓?fù)洚a(chǎn)生的電磁噪聲小于單管正激拓?fù)洌珮螂娐樊a(chǎn)生的電磁噪聲小于半橋電路。此外，采用ZCS或ZVS軟開關(guān)轉(zhuǎn)換技術(shù)可有效減少高頻逆變電路的電磁干擾。

圖4顯示了增加緩沖電路后開關(guān)管上的電流。與無緩沖電路時的波形相比，緩沖電路后的電流電壓變化率大大降低。

由于變壓器是一種加熱元件，散熱條件差必然會導(dǎo)致變壓器溫度升高，從而形成熱輻射，因此，變壓器必須有良好的散熱條件。

通常將高頻變壓器包裝在鋁殼盒中，并注入電子硅膠。鋁盒也可安裝在鋁散熱器上，使變壓器形成更好的電磁屏蔽，保證良好的散熱效果。減少磁輻射。

3.4輸出整流電路的電磁兼容性設(shè)計

圖6顯示半波整流電路，D6為整流二極管，D7為續(xù)流二極管。由于D6.D7工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，輸出整流電路的電磁干擾源主要是D6和D7。R5.G12和R6.C13分別連接到D6.D7。

減少整流二極管的數(shù)量可以減少電磁干擾的能量。因此，在相同條件下，半波整流小于全波整流和全橋整流產(chǎn)生的電磁干擾。

為了減少二極管的電磁干擾，必須選擇具有軟恢復(fù)特性的二極管。反向恢復(fù)電流小。反向恢復(fù)時間短。從理論上講，肖特基勢壘二極管（SBD）是大多數(shù)載流子的導(dǎo)流，沒有少子的存儲和復(fù)合效應(yīng)，因此不會有反向電壓峰值干擾，但實際上對于反向工作電壓較高的肖特基二極管，反向恢復(fù)電流會隨著電子勢壘厚度的增加而增加，也會產(chǎn)生電磁噪聲。因此，在輸出電壓較低的情況下，肖特基二極管產(chǎn)生的電磁干擾將小于其他二極管。

3.5輸出直流濾波電路的電磁兼容設(shè)計

輸出直流濾波電路主要用于切斷沿導(dǎo)線向輸出負(fù)載端傳播的電磁傳導(dǎo)干擾，減少導(dǎo)線周圍電磁輻射的電磁干擾。

如圖7所示，由L2.C7.C18組成的LC濾波電路可以降低輸出電流和電壓紋波的大小，從而減少通過輻射傳播的電磁干擾。濾波電容C17.C18應(yīng)盡可能多地并聯(lián)，以降低等效串聯(lián)電阻，從而降低紋波電壓。輸出電感L2應(yīng)盡可能大，以降低輸出紋波電流的大小。此外，電感L2最好使用無空隙的閉環(huán)磁芯，最好不要使用飽和電感。在設(shè)計中，請記住，電線上有電流和電壓的變化，電磁場會沿著空間傳播，形成電磁輻射。

C19用于過濾導(dǎo)線上的共模干擾，盡量選擇低感應(yīng)電容器，接線較短。用于過濾輸出線上的差模干擾的C20.C21.C22.C23應(yīng)選可靠。

Z3是一流EMI濾波器，根據(jù)情況決定是單級還是多級，但Z3需要直接安裝在金屬底盤上，濾波器輸入。輸出線最好是屏蔽隔離。

3.6接觸器.繼電器.風(fēng)機(jī)電磁兼容設(shè)計

繼電器、接觸器、風(fēng)扇等。失電后，線圈會產(chǎn)生較大的電壓峰值，從而產(chǎn)生電磁干擾。因此，在直流線圈的兩端并聯(lián)一個二極管或RC吸收電路，在交流線圈的兩端并聯(lián)一個壓敏電阻，以吸收線圈失電后產(chǎn)生的電壓峰值。如果接觸器線圈電源與輔助電源的輸人電源相同，最好通過EMI濾波器。繼電器觸點也會產(chǎn)生電磁干擾，因此在觸點兩端增加RC吸收電路。

3.7開關(guān)電源箱結(jié)構(gòu)電磁兼容設(shè)計

1)開關(guān)電源箱結(jié)構(gòu)設(shè)計中的材料選擇，屏蔽材料的原則是干擾電磁場頻率高，屏蔽效果好；干擾電磁場頻率低時，屏蔽效果好；在某些情況下，如果要求高頻、低頻電磁場具有良好的屏蔽效果，通常采用高電導(dǎo)率、高磁導(dǎo)率的金屬材料。

2)孔。間隙。采用電磁屏蔽方法，無需重新設(shè)計電路，即可達(dá)到良好的電磁兼容效果。理想的電磁屏蔽是一個無縫的。無孔。無滲透的導(dǎo)電連續(xù)體，低阻抗的金屬密封，但開關(guān)電源需要輸入。輸出線穿孔。冷卻通風(fēng)孔等，以及箱體結(jié)構(gòu)部件之間的搭接間隙，如果不采取措施，這些孔和間隙將導(dǎo)致電磁泄漏，降低箱體的屏蔽效率。甚至完全喪失。因此，在開關(guān)電源箱的設(shè)計中，最好焊接金屬板之間的搭接，使用電磁墊或其他屏蔽材料；箱上的孔徑小于屏蔽電磁波波長的1/2，否則屏蔽效果將大大降低；對于通風(fēng)孔，當(dāng)屏蔽要求不高時，可使用穿孔金屬板或金屬絲網(wǎng)，不僅要求屏蔽效率高，而且要求通風(fēng)效果好，以提高屏蔽效率。如果箱體的屏蔽效率仍然不能滿足要求，可以在箱體上噴涂屏蔽漆。除了屏蔽整個開關(guān)電源箱外，還可以局部屏蔽電源設(shè)備中的部件、部件等干擾源或敏感設(shè)備。

3）在設(shè)計箱體結(jié)構(gòu)時，應(yīng)設(shè)計低阻抗電流泄漏路徑，箱體必須有可靠的接地措施，保證接地線的載流能力。同時，敏感電路或部件應(yīng)遠(yuǎn)離這些泄漏電路或電場屏蔽措施。對于結(jié)構(gòu)件的表面處理，一般需要的表面處理，一般需要鍍銀、鋅、鎳、鉻、錫等。具體來說，應(yīng)考慮導(dǎo)電性、電化學(xué)反應(yīng)、成本和電磁兼容性。

3.8元件布局與布線中的電磁兼容設(shè)計

對于開關(guān)電源設(shè)備內(nèi)部部件的布局，必須考慮電磁兼容性的要求。設(shè)備內(nèi)部的干擾源會通過輻射和串?dāng)_影響其他部件或部件的正常工作。研究表明，干擾源的能量在一定距離內(nèi)會大大衰減。因此，合理的布局有利于減少電磁干擾的影響。

EML輸入輸出濾波器最好安裝在金屬機(jī)箱的入口和出口處，以確保輸入和輸出線的屏蔽隔離。

遠(yuǎn)離熱源的敏感電路或部件。

開關(guān)電源產(chǎn)品一般應(yīng)遵循以下布線原則。

1)主電路輸入線與輸出線分開。

2)EMI濾波器輸入線與輸出線分離。

3)主電路線與控制信號線分開。

4)高壓脈沖信號線最好分開。

5)分開布線避免平行布線，可垂直交叉，線束間距超過20mm。

6)電纜不應(yīng)與金屬外殼和散熱器接線，以確保一定距離。

7)EMC設(shè)計中使用雙絞線。

(1) 雙絞線，同軸電纜能有效抑制脈沖信號傳輸線路中常用的電磁干擾，控制輔助電源線和傳感器信號線最好使用雙絞線屏蔽線。由于雙絞線之間的電路面積很小，雙絞線每兩個相鄰電路上感應(yīng)的電流大小相等。相反的方向，產(chǎn)生的磁場相互抵消，從而減少輻射造成的模具差干擾，但雙絞線的圈數(shù)最好為偶數(shù)，每個單位的波長越多，消除耦合的效果越好。使用時，注意雙絞線和同軸電纜兩端不能同時接地，只能單端接地，屏蔽層兩端接地可以屏蔽電場和磁場，單端接地只能屏蔽電場。使用同軸電纜時，還應(yīng)注意其屏蔽層必須完全覆蓋信號線接地，即接頭和電纜屏蔽層必須為360。重疊，以有效屏蔽電磁場，如圖8所示，信號線的裸露部分仍能與外界形成相容耦合，降低屏蔽效率。

(2) 帶狀電纜適用于短距離信號傳輸。為了減少差模信號的電磁輻射，必須減少信號線和信號回流線形成的回路面積。因此，在設(shè)計帶狀電纜布局時，最好將信號線與接地線隔開。如圖9所示，S為信號線，G為信號線。

3.9元件的選擇

傳熱有三種方式，即傳導(dǎo)、對流和輻射。熱輻射以電磁波的形式傳播到空間，熱傳導(dǎo)也會傳遞到周圍其他部件，影響其他部件或電路的正常運行，因此，從部件熱設(shè)計考慮盡可能留下大量的余量，以降低部件的溫升和表面溫度，除了部件對溫升的特殊要求外，一般開關(guān)電源要求內(nèi)部部件溫度小于90℃，內(nèi)部環(huán)境溫度不超過65℃，以減少4。熱輻射干擾。

對于數(shù)字集成電路，從電磁兼容性的角度來看，應(yīng)選擇高噪聲容量的CMOS設(shè)備，而不是低噪聲容量的TTL設(shè)備。

盡量使用低速、窄帶元件和電路。

選用分布電感小的表面貼裝元件(SMD)，選用高頻特性好、等效串聯(lián)電感低的陶瓷介質(zhì)電容器、高頻無感電容器、三端電容器、穿心電容器等。

3.10控制電路及PCB電磁兼容設(shè)計

信號地面是指信號電流回到信號源的低阻抗路徑。在設(shè)計中，地環(huán)干擾和公共阻抗耦合干擾往往是由于接地方法不當(dāng)造成的。因此，應(yīng)合理選擇接地方法。接地方法包括單點接地、多點接地和混合接地。

1)地環(huán)干擾通常發(fā)生在通過長電纜連接的設(shè)備上。原因是由于地環(huán)電流的存在，兩種設(shè)備的地電位不同。光電耦合器或隔離變壓器通常用于地面隔離，以消除地環(huán)干擾。由于隔離變壓器繞組之間的寄生電容較大，即使采取屏蔽措施的隔離變壓器通常也只用于1MHz以下的信號隔離，超過LMHz時，光電耦合器通常用于隔離。

2）當(dāng)兩個電路的地電流通過一個公共阻抗時，公共阻抗耦合就會發(fā)生。由于地線是信號回流線，一個電路的工作狀態(tài)必然會影響地線電壓。當(dāng)兩個電路共用一段地線時，地線的電壓也會受到兩個電路工作狀態(tài)的影響。

可以看出，地環(huán)干擾和公共阻抗耦合都是由地線阻抗引起的。因此，在設(shè)計中必須考慮盡量減少地線阻抗和感應(yīng)阻抗。

3）減少控制電源噪聲電源線上的電流突變，產(chǎn)生噪聲電壓。在芯片附近增加解耦電容可以有效降低噪聲。如果是高頻電流負(fù)載，則多個相同容量的高頻電容器和無感應(yīng)電容器并聯(lián)可以獲得更好的效果。請注意，電容量越大越好，脈沖電流頻率主要根據(jù)其諧振頻率進(jìn)行選擇。

4)印刷板的合理布線將有效降低印刷板的輻射，提高其抗輻射干擾能力。請注意以下幾點。

(1)布置地線網(wǎng)絡(luò)，即雙面板兩側(cè)平行地線布置最多。

(2)對于一些關(guān)鍵信號(如脈沖信號和對外界敏感的電平信號)，必須盡量減少引線長度和信號回流面積。如果是雙面板，地線和信號線可以在印刷板兩側(cè)并行行走。

(3)如果多層電路板既有數(shù)字又有模擬，則必須在同一層布置數(shù)字和模擬，以減少它們之間的耦合干擾。

(4)公共阻抗耦合經(jīng)常發(fā)生在實際電路中，因此應(yīng)根據(jù)實際情況選擇正確的接地方式。

4.結(jié)語

本文詳細(xì)分析了隔離DC/DC變換器的電磁干擾源及其生成機(jī)制，并詳細(xì)介紹了其主電路和控制電路的電磁兼容設(shè)計方法，對其他電子產(chǎn)品的電磁兼容設(shè)計具有一定的參考價值。