跟著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源模塊因其相對體積小、效率高、作業(yè)牢靠等優(yōu)點開始替代傳統(tǒng)整流電源而被廣泛應用到社會的各個領(lǐng)域。但因為開關(guān)電源作業(yè)頻率高，內(nèi)部發(fā)生很快的電流、電壓變化，即dv/dt和di/dt，導致開關(guān)電源模塊將發(fā)生較強的諧波干擾和尖峰干擾，并經(jīng)過傳導、輻射和串擾等耦合途徑影響自身電路及其它電子體系的正常作業(yè)，當然其自身也會遭到其它電子設(shè)備電磁干擾的影響。這就是所評論的電磁兼容性問題，也是關(guān)于開關(guān)電源電磁兼容的電磁騷擾EMD與電磁靈敏度EMS規(guī)劃問題。因為國家開始對部分電子產(chǎn)品強制實施3C認證，因而一個電子設(shè)備能否滿意電磁兼容規(guī)范，將關(guān)系到這一產(chǎn)品能否在市場上出售，所以進行開關(guān)電源的電磁兼容性研討顯得非常重要。
電磁兼容學是一門綜合性學科，它觸及的理論包含數(shù)學、電磁場理論、天線與電波傳達、電路理論、信號剖析、通訊理論、材質(zhì)科學、生物醫(yī)學等。
進行開關(guān)電源的電磁兼容性規(guī)劃時，首先進行一個體系規(guī)劃，清楚以下幾點：
1.清楚體系要滿意的電磁兼容規(guī)范；
2.確定體系內(nèi)的要害電路部分，包含強干擾源電路、高度靈敏電路；
3.清楚電源設(shè)備作業(yè)環(huán)境中的電磁干擾源及靈敏設(shè)備；
4.確定對電源設(shè)備所要采納的電磁兼容性辦法。
一、DC/DC變換器內(nèi)部噪聲干擾源剖析
1．二極管的反向康復引起噪聲干擾
在開關(guān)電源中常運用工頻整流二極管、高頻整流二極管、續(xù)流二極管等，因為這些二極管都作業(yè)在開關(guān)狀況，如圖所示，在二極管由阻斷狀況到導通作業(yè)過程中，將發(fā)生一個很高的電壓尖峰VFP；在二極管由導通狀況到阻斷作業(yè)過程中，存在一個反向康復時刻trr，在反向康復過程中，因為二極管封裝電感及引線電感的存在，將發(fā)生一個反向電壓尖峰VRP，因為少子的存儲與復合效應，會發(fā)生瞬變的反向康復電流IRP，這種快速的電流、電壓驟變是電磁干擾發(fā)生的本源。二極管反向康復時電流電壓波形二極管正導游通電流電壓波形。
2．開關(guān)管開關(guān)動作時發(fā)生電磁干擾二極管反向康復時電流電壓波形二極管正導游通電流電壓波形在正激式、推挽式、橋式變換器中，流過開關(guān)管的電流波形在阻性負載時近似矩形波，含有豐富的高頻成分，這些高頻諧波會發(fā)生很強的電磁干擾，在反激變換器中，流過開關(guān)管的電流波形在阻性負載時近似三角波，高次諧波成分相對較少。開關(guān)管在注冊時，因為開關(guān)時刻很短以及逆變回路中引線電感的存在，將發(fā)生很大的dV/dt驟變和很高的尖峰電壓，在開關(guān)管的關(guān)斷時，因為關(guān)斷時刻很短，將發(fā)生很大的di/dt驟變和很高的電流尖峰，這些電流、電壓驟變將發(fā)生很強的電磁干擾。
3．電感、變壓器等磁性元件引起的電磁干擾：在開關(guān)電源中存在輸入濾波電感、功率變壓器、阻隔變壓器、輸出濾波電感等磁性元件，阻隔變壓器初次級之間存在寄生電容，高頻干擾信號經(jīng)過寄生電容耦合到次邊；功率變壓器因為繞制工藝等原因，原次邊耦合不抱負而存在漏感，漏電感將發(fā)生電磁輻射干擾，別的功率變壓器線圈繞組流過高頻脈沖電流，在周圍構(gòu)成高頻電磁場；電感線圈中流過脈動電流會發(fā)生電磁場輻射，而且在負載突切時，會構(gòu)成電壓尖峰，一起當它作業(yè)在飽和狀況時，將會發(fā)生電流驟變，這些都會引起電磁干擾。
4．操控電路中周期性的高頻脈沖信號如振蕩器發(fā)生的高頻脈沖信號等將發(fā)生高頻高次諧波，對周圍電路發(fā)生電磁干擾。
5．此外電路中還會有地環(huán)路干擾、公共阻抗耦合干擾，以及操控電源噪聲干擾等。
6．開關(guān)電源中的布線規(guī)劃非常重要，不合理布線將使電磁干擾經(jīng)過線線之間的耦合電容和分布互感串擾或輻射到鄰近導線上，然后影響其它電路的正常作業(yè)。
7．熱輻射發(fā)生的電磁干擾，熱輻射是以電磁波的辦法進行熱交換，這種電磁干擾影響其它電子元器材或電路的正常穩(wěn)定作業(yè)。
二、外界的電磁干擾
關(guān)于某一電子設(shè)備，外界對其發(fā)生影響的電磁干擾包含：電網(wǎng)中的諧波干擾、雷電、太陽噪聲、靜電放電，以及周圍的高頻發(fā)射設(shè)備引起的干擾。
三、電磁干擾的后果
電磁干擾將造成傳輸信號畸變，影響設(shè)備的正常作業(yè)。關(guān)于雷電、靜電放電等高能量的電磁干擾，嚴重時會損壞設(shè)備。而關(guān)于某些設(shè)備，電磁輻射會引起重要信息的走漏。
四、開關(guān)電源的電磁兼容規(guī)劃
了解了開關(guān)電源內(nèi)部及外部電磁干擾源后，咱們還應知道，構(gòu)成電磁干擾機理的三要素是還有傳達途徑和受擾設(shè)備。因而開關(guān)電源的電磁兼容規(guī)劃首要從以下三個方面下手：
1.減小干擾源的電磁干擾能量；
2.切斷干擾傳達途徑；
3.進步受擾設(shè)備的抗干擾才能。
正確了解和把握開關(guān)電源的電磁干擾源及其發(fā)生機理和干擾傳達途徑，關(guān)于采納何種抗干擾辦法以使設(shè)備滿意電磁兼容要求非常重要。因為干擾源有開關(guān)電源內(nèi)部發(fā)生的干擾源和外部的干擾源，而且能夠說干擾源無法消除，受擾設(shè)備也總是存在，因而能夠說電磁兼容問題總是存在。
下面以阻隔式DC/DC變換器為例，評論開關(guān)電源的電磁兼容性規(guī)劃：
1.DC/DC變換器輸入濾波電路的規(guī)劃
如圖所示，FV1為瞬態(tài)電壓按捺二極管，RV1為壓敏電阻，都具有很強的瞬變浪涌電流的吸收才能，能很好的維護后級元件或電路免遭浪涌電壓的破壞。Z1為直流EMI濾波器，有必要杰出接地，接地線要短，最好直接安裝在金屬外殼上，還要確保其輸入、輸出線之間的屏蔽阻隔，才能有用的切斷傳導干擾沿輸入線的傳達和輻射干擾沿空間的傳達。L1、C1組成低通濾波電路，當L1電感值較大時，還需添加如圖所示的V1和R1元件，構(gòu)成續(xù)流回路吸收L1斷開時開釋的電場能，否則L1發(fā)生的電壓尖峰就會構(gòu)成電磁干擾，電感L1所運用的磁芯最好為閉合磁芯，帶氣隙的開環(huán)磁芯的漏磁場會構(gòu)成電磁干擾，C1的容量較大為好，這樣能夠減小輸入線上的紋波電壓，然后減小輸入導線周圍構(gòu)成的電磁場。點擊進入看圖評論DC/DC變換器輸入濾波電路2.高頻逆變電路的電磁兼容規(guī)劃，如圖所示，C2、C3、V2、V3組成的半橋逆變電路，V2、V3為IGBT、MOSFET等開關(guān)元件，在V2、V3注冊和關(guān)斷時，因為開關(guān)時刻很快以及引線電感、變壓器漏感的存在，回路會發(fā)生較高的di/dt、dv/dt驟變，然后構(gòu)成電磁干擾，為此在變壓器原邊兩頭添加R4、C4構(gòu)成的吸收回路，或在V2、V3兩頭別離并聯(lián)電容器C5、C6，并縮短引線，減小ab、cd、gh、ef的引線電感。在規(guī)劃中，C4、C5、C6一般選用低感電容，電容器容量的巨細取決于引線電感量、回路中電流值以及答應的過沖電壓值的巨細，LI2/2=C△V2/2公式求得C的巨細，其間L為回路電感，I為回路電流，△V為過沖電壓值。
為減小△V，就有必要減小回路引線電感值，為此在規(guī)劃時常運用一種叫“多層低感復合母排”的設(shè)備，由我所申請專利的該種母排設(shè)備能將回路電感下降到足夠小，達10nH級，然后到達減小高頻逆變回路電磁干擾的目的。
從電磁兼容性規(guī)劃角度考慮，應盡量下降開關(guān)管V2、V3的開關(guān)頻率，然后下降di/dt、dv/dt值。別的運用ZCS或ZVS軟開關(guān)變換技術(shù)能有用降低高頻逆變回路的電磁干擾。在大電流或高電壓下的快速開關(guān)動作是發(fā)生電磁噪聲的根本，因而盡可能選用發(fā)生電磁噪聲小的電路拓撲，如在平等條件下雙管正激拓撲比單管正激拓撲發(fā)生電磁噪聲要小，全橋電路比半橋電路發(fā)生電磁噪聲要小。添加吸收電路后開關(guān)管上的電流、電壓波形與沒有吸收回路時的波形比較。
3.高頻變壓器的電磁兼容規(guī)劃
在高頻變壓器T1的規(guī)劃時，盡量選用電磁屏蔽性較好的磁芯材質(zhì)。
如圖所示，C7、C8為匝間耦合電路，C11為繞組間耦合電容，在變壓器繞制時，盡量減小分布電容C11，以減小變壓器原邊的高頻干擾耦合到次邊繞組。別的為進一步減小電磁干擾，可在原、次邊繞組間添加一個屏蔽層，屏蔽層杰出接地，這樣變壓器原、次邊繞組對屏蔽層間就構(gòu)成耦合電容C9、C10，高頻干擾電流就經(jīng)過C9、C10流到大地。
因為變壓器是一個發(fā)熱元件，較差的散熱條件必然導致變壓器溫度升高，然后構(gòu)成熱輻射，熱輻射是以電磁波辦法對外傳達，因而變壓器有必要有很好的散熱條件。一般將高頻變壓器封裝在一個鋁殼盒內(nèi)，鋁盒還可安裝在鋁散熱器上，并灌注電子硅膠，這樣變壓器即可構(gòu)成較好的電磁屏蔽，還可確保有較好的散熱作用，減小電磁輻射。
4.輸出整流電路電磁兼容規(guī)劃
如圖所示為輸出半波整流電路，V6為整流二極管，V7為續(xù)流二極管，因為V6、V7作業(yè)于高頻開關(guān)狀況，因而輸出整流電路的電磁干擾源首要是V6和V7，R5、C12和R6、C13別離銜接成V6、V7的吸收電路，用于吸收其開關(guān)動作時發(fā)生的電壓尖峰，并以熱的辦法在R5、R6上消耗。削減整流二極管的數(shù)量就可減小電磁干擾的能量，因而平等條件下，選用半波整流電路比選用全波整流和全橋整流發(fā)生的電磁干擾要小。
為減小二極管的電磁干擾，有必要選用具有軟康復特性的、反向康復電流小、反向康復時刻短的二極管器材。從理論上講，肖特基勢壘二極管（SBD）是多數(shù)載流子導流，不存在少子的存儲與復合效應，因而也就不會有反向電壓尖峰干擾，但實踐上關(guān)于較高反向作業(yè)電壓的肖特基二極管，跟著電子勢壘厚度的添加，反向康復電流會增大，也會發(fā)生電磁噪聲。因而在輸出電壓較低的狀況下選用肖特基二極管作直流二極管發(fā)生的電磁干擾會比選用其它二極管器材要小。
5.輸出直流濾波電路的電磁兼容規(guī)劃
輸出直流濾波電路首要用于切斷電磁傳導干擾沿導線向輸出負載端傳達，減小電磁干擾在導線周圍的電磁輻射。L2、C17、C18組成的LC濾波電路，能減小輸出電流、電壓紋波的巨細，然后減小經(jīng)過輻射傳達的電磁干擾，濾波電容C17、C18盡量采用多個電容并聯(lián)，減小等效串聯(lián)電阻，然后減小紋波電壓，輸出電感L2值盡量大，減小輸出紋波電流的巨細，別的電感L2最好運用不開氣隙的閉環(huán)磁芯，最好不是飽和電感。在規(guī)劃時，咱們要記住，導線上有電流、電壓的變化，在導線周圍就有變化的電磁場，電磁場就會沿空間傳達構(gòu)成電磁輻射。C19用于濾除導線上的共模干擾，盡量選用低感電容，且接線要短，C20、C21、C22、C23用于濾除輸出線上的差模干擾，宜選用低感的三端電容，且接地線要短，接地牢靠。Z3為直流EMI濾波器，根據(jù)狀況運用或不運用，是選用單級仍是多級濾波器，但要求Z3直接安裝在金屬機箱上，最好濾波器輸入、輸出線能屏蔽阻隔。
6.接觸器、繼電器等其它開關(guān)器材電磁兼容規(guī)劃
繼電器、接觸器、風機等在掉電后，其線圈將發(fā)生較大的電壓尖峰，然后發(fā)生電磁干擾，為此在直流線圈兩頭反并聯(lián)一個二極管或RC吸收電路，在交流線圈兩頭并聯(lián)一個壓敏電阻用于吸收線圈掉電后發(fā)生的電壓尖峰。一起要留意假如接觸器線圈電源與輔助電源的輸入電源為同一個電源，之間最好經(jīng)過一個EMI濾波器。繼電器觸頭動作時也將發(fā)生電磁干擾，因而要在觸頭兩頭添加RC吸收回路。
7.開關(guān)電源箱體結(jié)構(gòu)的電磁兼容規(guī)劃
開關(guān)電源材質(zhì)挑選：沒有“磁絕緣”材質(zhì)，電磁屏蔽是運用“磁短路”的原理，來切斷電磁干擾在設(shè)備內(nèi)部與外界空氣中的傳達途徑。在進行開關(guān)電源的箱體結(jié)構(gòu)規(guī)劃時，要充分考慮對電磁干擾的屏蔽效能，關(guān)于屏蔽材質(zhì)的挑選原則是，當干擾電磁場的頻率較高時，選用高電導率的金屬材質(zhì)，屏蔽作用較好；當干擾電磁波的頻率較低時，要選用高導磁率的金屬材質(zhì)，屏蔽作用較好；在某些場合下，假如要求對高頻和低頻電磁場都具有杰出的屏蔽作用時，往往選用高電導率和高導磁率的金屬材質(zhì)組成多層屏蔽體。
孔洞、縫隙、搭接處理辦法：選用電磁屏蔽辦法無需重新規(guī)劃電路，便可到達很好的電磁兼容作用。抱負的電磁屏蔽體是一個無縫隙、無孔洞、無透入的導電連續(xù)體，低阻抗的金屬密封體，可是一個徹底密封的屏蔽體是沒有實用價值的，因為在開關(guān)電源設(shè)備中，有輸入、輸出線過孔、散熱通風孔等孔洞，以及箱體結(jié)構(gòu)部件之間的搭接縫隙，假如不采納辦法將會發(fā)生電磁走漏，使箱體的屏蔽效能下降、乃至徹底損失。因而在開關(guān)電源箱體規(guī)劃時，金屬板之間的搭接最好選用焊接，無法焊接時要運用電磁密封墊或其它的屏蔽材質(zhì)，箱體上的開孔要小于要屏蔽的電磁波的波長的1/2，否則屏蔽作用將大大下降；關(guān)于通風孔，在屏蔽要求不高時能夠運用穿孔金屬板或金屬化絲網(wǎng)，在要求既要屏蔽效能高，又要通風作用好時選用到波導管等辦法，進步屏蔽體的屏蔽效能。假如箱體的屏蔽效能仍無法滿意要求時，能夠在箱體上噴涂屏蔽漆。除了對開關(guān)電源整個箱體的屏蔽之外，還能夠?qū)﹄娫丛O(shè)備內(nèi)部的元件、部件等干擾源或靈敏設(shè)備進行部分屏蔽。
在進行箱體結(jié)構(gòu)規(guī)劃時，針對設(shè)備上所有會遭到靜電放電實驗的部分，規(guī)劃出一條低阻抗的電流泄放途徑，箱體有必要有牢靠的接地辦法，而且要確保接地線的載流才能，一起將靈敏電路或元件遠離這些泄放回路，或?qū)ζ溥x用電場屏蔽辦法。關(guān)于結(jié)構(gòu)件的表面處理，一般首要電鍍銀、鋅、鎳、鉻、錫，這需要從導電性能、電化學反響、本錢及電磁兼容性等多方面考慮后做出挑選。
開關(guān)電源的元器材布局與布線中的電磁兼容規(guī)劃
關(guān)于開關(guān)電源設(shè)備內(nèi)部元器材的布局有必要全體考慮電磁兼容性的要求，設(shè)備內(nèi)部的干擾源會經(jīng)過輻射和串擾等途徑影響其它元件或部件的作業(yè)，研討標明，在離干擾源必定距離時，干擾源的能量將大大衰減，因而合理的布局有利于減小電磁干擾的影響。
EMI輸入輸出濾波器最好安裝在金屬機箱的入口處，并確保其輸入線與輸出線電磁環(huán)境的屏蔽阻隔。
靈敏電路或元件要遠離發(fā)熱源。
關(guān)于開關(guān)電源產(chǎn)品，咱們一般須恪守以下布線原則：
1主電路輸入線與輸出線分隔走線。
2EMI濾波器輸入線與輸出線分隔走線。
3主電道路與操控信號線分隔走線。
4高壓脈沖信號線最好分隔單獨走線。
5分隔布線的原則是避免平行走線，能夠筆直交叉，線束之間距離在20mm以上。
6電纜不要貼著金屬外殼和散熱器走線，確保必定距離。
7雙絞線、同軸電纜及帶狀電纜在EMC規(guī)劃中的運用
雙絞線、同軸電纜都能有用的按捺電磁干擾。在脈沖信號傳輸線路中常運用雙絞線，操控輔助電源線和傳感器信號線最好用雙絞屏蔽線。因為雙絞線兩根線之間有很小的回路面積，而且雙絞線的每兩個相鄰的回路上感應出的電流具有巨細相等、方向相反，發(fā)生的磁場彼此抵消，這樣就能夠減小因輻射引起的差模干擾，不過雙絞線絞合的圈數(shù)最好為偶數(shù)，且每單位波長所絞合的圈數(shù)愈多，消除耦合的作用愈好。運用時留意雙絞線和同軸電纜兩頭不能一起接地，只能單端接地，而對屏蔽線，屏蔽層兩頭接地能既能屏蔽電場還能屏蔽磁場，單端接地只能屏蔽電場。運用同軸電纜時還要留意，其屏蔽層有必要徹底包覆信號線接地，即接頭與電纜屏蔽層有必要3600搭接，才能有用屏蔽電磁場，如圖所示，信號線裸露部分仍能夠與外界構(gòu)成互容耦合，下降屏蔽效能。
帶狀電纜適合于短距離的信號傳輸，咱們知道為了下降差模信號的電磁輻射，有必要減小信號線和信號回流線所構(gòu)成的回路面積，因而在規(guī)劃帶狀電纜布局時，最好將信號線與接地線距離擺放。如圖所示，其間S為信號線，G為信號地線。
元器材的挑選
熱傳達的辦法有傳導、對流和輻射，熱輻射是以電磁波的辦法向空中傳達的，熱傳導也會向周圍其它元件傳導熱量，這些都會影響其它元器材或電路的正常作業(yè)，因而從元器材熱規(guī)劃方面考慮要盡量留有較大余量，以下降元器材的溫升及器材表面的溫度，除元器材對溫升有特殊要求外，一般開關(guān)電源要求內(nèi)部元件溫度小于90℃，內(nèi)部環(huán)境溫度不超過65℃，以減小熱輻射干擾。
對數(shù)字集成電路，從電磁兼容性角度看應多選用高噪聲容限的CMOS器材代替低噪聲容限的TTL器材。
盡量運用低速、窄帶元件和電路。
選用分布電感較小的SMP元件，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、三端電容器和穿心電容器等作濾波電容。
操控電路及PCB的電磁兼容規(guī)劃
信號地是指信號電流流回信號源的一條低阻抗途徑。在規(guī)劃中往往因為接地辦法不恰當而發(fā)生地環(huán)路干擾和公共阻抗耦合干擾。因而要合理選用接地辦法，接地的辦法有單點接地、多點接地和混合接地。
地環(huán)路干擾：常發(fā)生在經(jīng)過較長電纜銜接，地相距較遠的設(shè)備之間。原因是因為地環(huán)路電流的存在，使兩個設(shè)備的地電位不同。一般用光電耦合器或阻隔變壓器進行“地”阻隔，消除地環(huán)路干擾。因為阻隔變壓器繞組之間寄生電容較大，即使采納屏蔽辦法的阻隔變壓器一般也只用于1MHZ以下的信號阻隔，超過1MHZ時多選用光電耦合器阻隔。
公共阻抗耦合：當兩個電路的地電流流過一個公共阻抗時，就會發(fā)生公共阻抗耦合。因為地線是信號回流線，一個電路的作業(yè)狀況必然會影響地線電壓，當兩個電路共用一段地線時，地線的電壓就會一起遭到兩個電路作業(yè)狀況的影響。
可見無論是地環(huán)路干擾仍是公共阻抗耦合問題都是因為地線阻抗引起的，因而在規(guī)劃時必定要考慮盡量下降地線阻抗與感抗。
如何減小操控電源噪聲：電源線上有電流驟變，就會發(fā)生噪聲電壓。在接近芯片的位置添加解耦電容，能有用減小噪聲。假如是高頻電流負載，則選用多個同容量的高頻電容和無感電容并聯(lián)能獲得更好的作用。留意電容容量并非越大越好，首要根據(jù)其諧振頻率、供給脈沖電流頻率來挑選。
印制板合理的安置地線將能有用的減小印制板的輻射以及進步其抗輻射干擾才能，請留意
l安置地線網(wǎng)絡(luò)：在雙面板的雙面安置最多的平行地線。
l關(guān)于一些要害信號（如脈沖信號和對外界較靈敏的電平信號）的地線的安置有必要盡量縮小引線長度，減小信號的回流面積。假如是雙面板，地線和信號線能夠在印制板雙面并聯(lián)平行走線。
l若是多層線路板，且既有數(shù)字地又有模仿地，則數(shù)字地和模仿地有必要安置在同一層，減小它們之間的耦合干擾。
l在實踐電路中常發(fā)生公共阻抗耦合，因而要根據(jù)實踐狀況挑選正確的接地辦法。
11.其它辦法
11.1.IGBT，MOSFET等開關(guān)元件的驅(qū)動脈沖信號添加一個-5V～-10V的負電平，進步驅(qū)動信號的抗干擾才能。或驅(qū)動信號選用光纖傳輸技術(shù)，光纖適宜于遠距離傳輸，具有抗干擾才能強的特點。
11.2.經(jīng)過軟件的編程技術(shù)，進步開關(guān)電源的抗干擾才能，為了避免電平信號中的毛刺，引起軟件的誤判斷及誤動作，能夠經(jīng)過多次采樣等數(shù)字濾波辦法來濾除干擾信號。
本文詳細剖析了阻隔式DC/DC變換器存在的電磁干擾源及其發(fā)生機理，并詳細介紹了針對其主電路和操控電路的電磁兼容規(guī)劃辦法，這些辦法對其它電子產(chǎn)品的電磁兼容規(guī)劃具有必定的指導作用。
