開關(guān)電源EMC需要掌握的幾個概念

②整流電路產(chǎn)生的電磁干擾

整流電路中，在輸出整流二極管截止時有一個反向電流，它恢復(fù)到零點(diǎn)的時間與結(jié)電容等因素有關(guān)。其中，能將反向電流迅速恢復(fù)到零的二極管稱為硬恢復(fù)特性二極管，這種二極管在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下將產(chǎn)生較強(qiáng)的高頻干擾，其頻率可達(dá)幾十MHz。高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化（di/dt）。

③高頻變壓器

高頻變壓器的初級線圈、開關(guān)管和濾波電容構(gòu)成的高頻開關(guān)電流環(huán)路可能會產(chǎn)生較大的空間輻射，形成輻射干擾。如果電容濾波容量不足或高頻特性不好，電容上的高頻阻抗會使高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中形成傳導(dǎo)干擾。需要注意的是，在二極管整流電路產(chǎn)生的電磁干擾中，整流二極管反向恢復(fù)電流的di/dt遠(yuǎn)比續(xù)流二極管反向恢復(fù)電流的di/dt大得多。作為電磁干擾源來研究，整流二極管反向恢復(fù)電流形成的干擾強(qiáng)度大、頻帶寬。但是，整流二極管產(chǎn)生的電壓跳變遠(yuǎn)小于功率開關(guān)管導(dǎo)通和關(guān)斷時產(chǎn)生的電壓跳變。因此，也可不計整流二極管產(chǎn)生的│dv/dt│影響，把整流電路當(dāng)成電磁干擾耦合通道的一部分來研究。

④分布電容引起的干擾

開關(guān)電源工作在高頻狀態(tài)，因而其分布電容不可忽略。一方面，散熱片與開關(guān)管集電極間的絕緣片接觸面積較大，且絕緣片較薄，因此兩者間的分布電容在高頻時不能忽略。高頻電流會通過分布電容流到散熱片上，再流到機(jī)殼地，產(chǎn)生共模干擾；另一方面，脈沖變壓器的初次級之間存在著分布電容，可將原邊電壓直接耦合到副邊上，在副邊作直流輸出的兩條電源線上產(chǎn)生共模干擾。

⑤雜散參數(shù)影響耦合通道的特性

在傳導(dǎo)干擾頻段（《30MHz），多數(shù)開關(guān)電源干擾的耦合通道是可以用電路網(wǎng)絡(luò)來描述的。但是，開關(guān)電源中的任何一個實際元器件，如電阻、電容、電感乃至開關(guān)管、二極管都包含有雜散參數(shù)，且研究的頻帶愈寬，等值電路的階次愈高。因此，包括各元器件雜散參數(shù)和元器件間的耦合在內(nèi)的開關(guān)電源的等效電路將復(fù)雜得多。在高頻時，雜散參數(shù)對耦合通道的特性影響很大，分布電容的存在成為電磁干擾的通道。另外，在開關(guān)管功率較大時，集電極一般都需加上散熱片，散熱片與開關(guān)管之間的分布電容在高頻時不能忽略，它能形成面向空間的輻射干擾和電源線傳導(dǎo)的共模干擾。

二、開關(guān)電源電磁干擾的控制技術(shù)

要解決開關(guān)電源的電磁干擾問題，可從3個方面入手：1）減小干擾源產(chǎn)生的干擾信號；2）切斷干擾信號的傳播途徑；3）增強(qiáng)受干擾體的抗干擾能力。因此，開關(guān)電源電磁電磁干擾要控制技術(shù)主要有：電路措施、EMI濾波、元器件選擇、屏蔽和印制電路板抗干擾設(shè)計等。

①減少開關(guān)電源本身的干擾

● 軟開關(guān)技術(shù)：在原有的硬開關(guān)電路中增加電感和電容元件，利用電感和電容的諧振，降低開關(guān)過程中的du/dt和di/dt，使開關(guān)器件開通時電壓的下降先于電流的上升，或關(guān)斷時電流的下降先于電壓的上升，來消除電壓和電流的重疊。

● 開關(guān)頻率調(diào)制技術(shù)：通過調(diào)制開關(guān)頻率fc，把集中在fc及其諧波2fc、3fc…上的能量分散到它們周圍的頻帶上，以降低各個頻點(diǎn)上的EMI幅值。該方法不能降低干擾總量，但能量被分散到頻點(diǎn)的基帶上，從而使各個頻點(diǎn)都不超過EMI規(guī)定的限值。為了達(dá)到降低噪聲頻譜峰值的目的，通常有兩種處理方法：隨機(jī)頻率法和調(diào)制頻率法。

● 共模干擾的有源抑制技術(shù)：設(shè)法從主回路中取出一個與導(dǎo)致電磁干擾的主要開關(guān)電壓波形完全反相的補(bǔ)償EMI噪聲電壓，并用它去平衡原開關(guān)電壓。

● 減小電磁干擾的緩沖電路：其由線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)組成，作用是消除在供電電力線內(nèi)潛在的干擾，包括電力線干擾、電快速瞬變，電涌，電壓高低變化和電力線諧波等。這些干擾對一般穩(wěn)壓電源來說，影響不是很大，但對高頻開關(guān)電源的影響顯著。

● 濾波：EMI濾波器的主要目的之一，就是要在150kHz～30MHz的頻段范圍獲得較高的插入損耗，但對頻率為50Hz工頻信號不產(chǎn)生衰減，使額定電壓、電流順利通過，同時還必須滿足一定的尺寸要求。任何電源線上的傳導(dǎo)干擾信號，均可用差模和共模信號來表示。在一般情況下，差模干擾幅度小，頻率低，所造成的干擾較小；共模干擾幅度大，頻率高，還可以通過導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。因此，欲削弱傳導(dǎo)干擾，把EMI信號控制在有關(guān)EMC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平以下，最有效的方法就是在開關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝電磁干擾濾波器。

● PCB設(shè)計：PCB抗干擾設(shè)計主要包括PCB布局、布線及接地，其目的是減小PCB的電磁輻射和PCB上電路之間的串?dāng)_。開關(guān)電源布局的最佳方法與其電氣設(shè)計類似。在確定PCB的尺寸形狀后，再確定特殊元器件（如各種發(fā)生器、晶振等）的位置。最后，根據(jù)電路的功能單元，對電路的全部元器件進(jìn)行布局。

● 元器件的選擇：選擇不易產(chǎn)生噪聲、不易傳導(dǎo)和輻射噪聲的元器件。通常特別值得注意的是，二極管和變壓器等繞組類元器件的選用。反向恢復(fù)電流小、恢復(fù)時間短的快速恢復(fù)二極管是開關(guān)電源高頻整流部分的理想器件。

②切斷干擾信號的傳播途徑—共模、差模電源線濾波器設(shè)計

電源線干擾可以使用電源線濾波器濾除。一個合理有效的開關(guān)電源EMI濾波器應(yīng)該對電源線上差模和共模干擾都有較強(qiáng)的抑制作用。

③增強(qiáng)敏感電路的抗干擾能力

這主要包括屏蔽和接地兩種方式。