開(kāi)關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)

摘要：文中針對(duì)開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)，從濾波、屏蔽、PCB設(shè)計(jì)、接地等方面論述了EMC設(shè)計(jì)原則及注意事項(xiàng)，并給出了一個(gè)開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)實(shí)例和測(cè)試結(jié)果對(duì)比。只有在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮EMC設(shè)計(jì)，并從各方面采取措施，才能避免設(shè)計(jì)后再補(bǔ)救抗干擾的麻煩。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；電磁兼容(EMC)；印制電路板(PCB)；雷達(dá)

0 引言
現(xiàn)在，在電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中，功耗己成為一個(gè)很重要的指標(biāo)，開(kāi)關(guān)電源也因高效、小型等特性而被越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。因此用開(kāi)關(guān)電源取代線性電源己經(jīng)成為必然。但是開(kāi)關(guān)電源的功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)頻率一般在數(shù)十千赫到數(shù)百千赫，開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)很強(qiáng)的寬帶電磁發(fā)射源，功率越大發(fā)射越嚴(yán)重，這種趨勢(shì)導(dǎo)致了開(kāi)關(guān)電源電磁兼容問(wèn)題更加嚴(yán)重。電磁兼容(簡(jiǎn)稱EMC)是指“設(shè)備在共同的電磁環(huán)境中能一起執(zhí)行各自功能的共存狀態(tài)，即該設(shè)備不會(huì)由于受到處于同一電磁環(huán)境中的其他設(shè)備的電磁發(fā)射導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)，它也不會(huì)使同一電磁環(huán)境中其它設(shè)備因受其電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的降級(jí)”。
開(kāi)關(guān)電源的EMC設(shè)計(jì)應(yīng)從電路選擇、元器件的選擇、濾波、屏蔽、搭接、互連、接地、布局、濾波器、高頻變壓器及印刷電路板(PCB)等方面綜合考慮。本文主要從濾波、屏蔽、PCB的設(shè)計(jì)、接地等方面提出開(kāi)關(guān)電源EMC的設(shè)計(jì)原則及注意事項(xiàng)，并以某雷達(dá)24V開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)為例說(shuō)明設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題。

1 開(kāi)關(guān)電源EMC設(shè)計(jì)
1．1 濾波
濾波器是由電感、電容、電阻器或鐵氧體器件構(gòu)成的頻率選擇性二端口網(wǎng)絡(luò)。在電源輸入輸出線上設(shè)置合適的線路濾波器可以有效抑制傳導(dǎo)發(fā)射和改善傳導(dǎo)敏感度。通常采用的有反射式和吸收式濾波器。反射式濾波器由電感、電容組成，在濾波器阻帶內(nèi)提供高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，使它與噪聲源的阻抗和負(fù)載的阻抗完全不匹配，從而把不需要的頻率反射回噪聲源。吸收式濾波器則由有耗能器件構(gòu)成，在阻帶內(nèi)吸收噪聲的能量轉(zhuǎn)換為熱損耗，從而起到濾波作用。
選擇和安裝濾波器時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：
(1)濾波器必須良好屏蔽，屏蔽體與電源良好搭接。
(2)輸入濾波器應(yīng)裝在輸入口處，輸出濾波器應(yīng)裝在輸出口處，并遠(yuǎn)離內(nèi)部電磁發(fā)射很強(qiáng)的變壓器、電感器、功率開(kāi)關(guān)等。若條件允許的話盡可能作為一個(gè)獨(dú)立部件與電源合理連接。
(3)濾波器的輸入、輸出線不能交叉，應(yīng)采用屏蔽線或相互間設(shè)置屏蔽層。
(4)濾波器內(nèi)部的元件，自身要進(jìn)行良好的電磁屏蔽和接地處理，以免流過(guò)濾波器接地導(dǎo)線的短路電流造成有害電磁輻射。
(5)濾波電感的鐵芯最好采用罐型或環(huán)型，若用其他形狀可加短路環(huán)或磁屏蔽。線圈采用單層或分段式繞法，小電流時(shí)可采用蜂房繞制的多層線圈。共扼電感不能采取雙線并繞，應(yīng)是對(duì)稱的2個(gè)獨(dú)立線圈。濾波電容應(yīng)選高頻特性好的電容器。
(6)必要時(shí)可采用有源低通濾波器。它具有功率大、有效抑制帶寬大、體積小的特點(diǎn)。
1．2 屏蔽
屏蔽技術(shù)可以抑制電磁噪聲沿著空間的傳播，即切斷輻射電磁噪聲的傳播途徑，是減小電磁輻射及感應(yīng)的有效措施，它分電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽三種。屏蔽就是對(duì)兩個(gè)空間區(qū)域進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域的感應(yīng)和輻射。
因此，選擇屏蔽材料時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：
(1)當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí)，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對(duì)外來(lái)電磁場(chǎng)的抵消作用，從而達(dá)到屏蔽的效果。
(2)當(dāng)干擾電磁場(chǎng)的頻率較低時(shí)，要采用高導(dǎo)磁率的材料，從而使磁力線限制在屏蔽體內(nèi)，防止擴(kuò)散到屏蔽的空間去。
(3)在某些場(chǎng)合下，如果要求對(duì)高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果，往往需要采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。
(4)屏蔽體良好接地，接地電阻一般小于2mΩ，嚴(yán)格場(chǎng)合要求小于0．5mΩ。屏蔽體的接地點(diǎn)應(yīng)靠近被屏蔽的低電平接地點(diǎn)。屏蔽體采用盒形，盡量無(wú)孔、無(wú)縫隙。
(5)電源輸入輸出采用屏蔽插頭座。輸入、輸出線采用雙絞線，必要時(shí)再加屏蔽。
(6)充分注意泄漏對(duì)屏蔽效能的影響。泄漏的通道有接縫、門、蓋板、通風(fēng)孔、孔洞、非均勻表面等。
(7)開(kāi)關(guān)電源既要考慮電磁屏蔽又要考慮散熱。散熱不好將嚴(yán)重影響可靠性，據(jù)有關(guān)可靠性資料介紹，內(nèi)部溫升每增加10℃，MTBF值約減小一半。因此屏蔽與散熱必須綜合考慮。