開關電源的EMC及安全規(guī)范設計

　?。ǘ┲绷鱾葹V波。在開關電源的直流輸出側插入電源濾波器，它由共模扼流圈L1、L2，扼流圈L3和電容C1、C2組成。為了防止磁芯在較大的磁場強度下飽和而使扼流圈失去作用，扼流圈的磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場強度大的恒μ磁芯。

　　屏蔽

　　抑制輻射噪聲的有效方法是屏蔽。用導電良好的材料對電場屏蔽，用導磁率高的材料對磁場屏蔽。為了防止脈沖變壓器的磁場泄露，可利用閉合磁環(huán)形成磁屏蔽，對整個開關電源要進行屏蔽。在屏蔽時應考慮散熱和通風問題，屏蔽盒上的通風孔最好為圓形，接縫處最好焊接，以保證電磁的連續(xù)性。

　　開關電源的電磁兼容性設計考慮的因素還很多，如印制板的制作、元器件的布局以及各種電源線、信號線的捆扎、配置等，有許多工作要做。全面抑制開關電源的各種噪聲會大大提高開關電源的電磁兼容性，使開關電源得到更廣泛的應用。

　　EMI濾波器的設計原理

　　在開關電源中，主要的EMI騷擾源是功率半導體器件開關動作產生的dv/dt和di/dt，因而電磁發(fā)射EME（Electromagnetic Emission）通常是寬帶的噪聲信號，其頻率范圍從開關工作頻率到幾MHz。所以，傳導型電磁環(huán)境（EME）的測量，正如很多國際和國家標準所規(guī)定，頻率范圍在0.15～30MHz。設計EMI濾波器，就是要對開關頻率及其高次諧波的噪聲給予足夠的衰減。基于上述標準，通常情況下只要考慮將頻率高于150kHz的EME衰減至合理范圍內即可。

　　常用電源濾波類型

　　通常有四種技術可進行電源濾波，以便抑制干擾噪聲。在實際使用中，經常是混合使用其中的兩種，甚至多種技術。它們是：

　　正負極電源線之間添加電容，即X電容；

　　每根電源線和地線之間添加電容，即Y電容；

　　共模抑制（兩根電源線上的抑制線圈同向繞線）；

　　差模抑制（每根電源線有它自己的抑制線圈）。

　　電磁干擾濾波器的基本電路

　　電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導噪聲的頻譜大致為10kHz～30MHz，最高可達150MHz。根據傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類：一類是從電源進線引入的外界干擾，另一類是由電子設備產生并經電源線傳導出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信號，電子設備既是噪聲干擾的對象，又是一個噪聲源。若從形成特點看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。串模干擾是兩條電源線之間（簡稱線對線）的噪聲。共模干擾則是兩條電源線對大地（簡稱線對地）的噪聲。因此，電磁干擾濾波器應符合電磁兼容性（EMC）的要求，也必須是雙向射頻濾波器，一方面要濾除從交流電源線上引入的外部電磁干擾，另一方面還能避免本身設備向外部發(fā)出噪聲干擾，以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設備的正常工作。此外，電磁干擾濾波器就對串模、共模干擾都起到抑制作用。

　　電感量范圍與額定電流的關系

　　基本電路及其典型應用

　　電磁干擾濾波器的基本電路如圖1所示。該五端器件有兩個輸入端、兩個輸出端和一個接地端，使用時外殼應接通大地。電路中包括共模扼流圈（亦稱共模電感）L、濾波電容C1～C4。L對串模干擾不起作用，但當出現共模干擾時，由于兩個線圈的磁通方向相同，經過耦合后總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現很大的感抗，使之不易通過，故稱作共模扼流圈。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當有電流通過時，兩個線圈上的磁場就會互相加強。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關，參見表1。需要指出，當額定電流較大時。

　　共模扼流圈的線徑也要相應增大，以便能承受較大的電流。此外，適當增加電感量，可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01μF～0.47μF，主要用來濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點接地，能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF～0.1μF。為減小漏電流，電容量不得超過0.1μF，并且電容器中點應與大地接通。C1～C4的耐壓值均為630VDC或250VAC。圖2示出一種兩級復合式EMI濾波器的內部電路，由于采用兩級（亦稱兩節(jié)）濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。針對某些用戶現場存在重復頻率為幾千赫茲的快速瞬態(tài)群脈沖干擾的問題，國內外還開發(fā)出群脈沖濾波器（亦稱群脈沖對抗器），能對上述干擾起到抑制作用。

　　EMI濾波器圖

　　EMI濾波前后的波形比較

　　計算EMI濾波器對地漏電流的公式為：

　　ILD=2π×f×C×Vc （3）

　　式中，ILD為漏電流，f是電網頻率。以圖1為例，f=50Hz，C=C3+C4=4400pF，Vc是C3、