跟著電力電子技能的發(fā)展，開關電源模塊因其相對體積小、效率高、作業(yè)牢靠等長處開始替代傳統(tǒng)整流電源而被廣泛應用到社會的各個領域。但由于開關電源作業(yè)頻率高，內部產生很快的電流、電壓改變，即dv/dt和di/dt，導致開關電源模塊將產生較強的諧波攪擾和尖峰攪擾，并通過傳導、輻射和串擾等耦合途徑影響本身電路及其它電子系統(tǒng)的正常作業(yè)，當然其本身也會遭到其它電子設備電磁攪擾的影響。這就是所談論的電磁兼容性問題，也是關于開關電源電磁兼容的電磁打擾EMD與電磁活絡度EMS規(guī)劃問題。由于國家開始對部分電子產品強制施行3C認證，因此一個電子設備能否滿足電磁兼容規(guī)范，將關系到這一產品能否在市場上出售，所以進行開關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，它觸及的理論包括數學、電磁場理論、天線與電波傳達、電路理論、信號分析、通訊理論、原料科學、生物醫(yī)學等。
進行開關電源的電磁兼容性規(guī)劃時，首先進行一個系統(tǒng)規(guī)劃，清楚以下幾點：
1.清楚系統(tǒng)要滿足的電磁兼容規(guī)范；
2.確認系統(tǒng)內的要害電路部分，包括強攪擾源電路、高度活絡電路；
3.清楚電源設備作業(yè)環(huán)境中的電磁攪擾源及活絡設備；
4.確認對電源設備所要采用的電磁兼容性方法。
一、DC/DC變換器內部噪聲攪擾源分析
1．二極管的反向恢復引起噪聲攪擾
在開關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，由于這些二極管都作業(yè)在開關情況，如圖所示，在二極管由阻斷情況到導通作業(yè)過程中，將產生一個很高的電壓尖峰VFP；在二極管由導通情況到阻斷作業(yè)過程中，存在一個反向恢復時間trr，在反向恢復過程中，由于二極管封裝電感及引線電感的存在，將產生一個反向電壓尖峰VRP，由于少子的存儲與復合效應，會產生瞬變的反向恢復電流IRP，這種快速的電流、電壓突變是電磁攪擾產生的本源。二極管反向恢復時電流電壓波形二極管正導游通電流電壓波形。
2．開關管開關動作時產生電磁攪擾二極管反向恢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，這些高頻諧波會產生很強的電磁攪擾，在反激變換器中，流過開關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。開關管在注冊時，由于開關時間很短以及逆變回路中引線電感的存在，將產生很大的dV/dt突變和很高的尖峰電壓，在開關管的關斷時，由于關斷時間很短，將產生很大的di/dt突變和很高的電流尖峰，這些電流、電壓突變將產生很強的電磁攪擾。
3．電感、變壓器等磁性元件引起的電磁攪擾：在開關電源中存在輸入濾波電感、功率變壓器、隔絕變壓器、輸出濾波電感等磁性元件，隔絕變壓器初次級之間存在寄生電容，高頻攪擾信號通過寄生電容耦合到次邊；功率變壓器由于繞制工藝等原因，原次邊耦合不志向而存在漏感，漏電感將產生電磁輻射攪擾，其他功率變壓器線圈繞組流過高頻脈沖電流，在周圍構成高頻電磁場；電感線圈中流過脈動電流會產生電磁場輻射，并且在負載突切時，會構成電壓尖峰，一同當它作業(yè)在飽滿情況時，將會產生電流突變，這些都會引起電磁攪擾。
4．控制電路中周期性的高頻脈沖信號如振蕩器產生的高頻脈沖信號等將產生高頻高次諧波，對周圍電路產生電磁攪擾。
5．此外電路中還會有地環(huán)路攪擾、公共阻抗耦合攪擾，以及控制電源噪聲攪擾等。
6．開關電源中的布線規(guī)劃非常重要，不合理布線將使電磁攪擾通過線線之間的耦合電容和散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．熱輻射產生的電磁攪擾，熱輻射是以電磁波的方法進行熱交換，這種電磁攪擾影響其它電子元器件或電路的正常安穩(wěn)作業(yè)。
二、外界的電磁攪擾
關于某一電子設備，外界對其產生影響的電磁攪擾包括：電網中的諧波攪擾、雷電、太陽噪聲、靜電放電，以及周圍的高頻發(fā)射設備引起的攪擾。
三、電磁攪擾的結果
電磁攪擾將造成傳輸信號畸變，影響設備的正常作業(yè)。關于雷電、靜電放電等高能量的電磁攪擾，嚴重時會損壞設備。而關于某些設備，電磁輻射會引起重要信息的泄露。
四、開關電源的電磁兼容規(guī)劃
了解了開關電源內部及外部電磁攪擾源后，我們還應知道，構成電磁攪擾機理的三要素是還有傳達途徑和受擾設備。因此開關電源的電磁兼容規(guī)劃首要從以下三個方面下手：
1.減小攪擾源的電磁攪擾能量；
2.堵截攪擾傳達途徑；
3.前進受擾設備的抗攪擾才干。
正確了解和把握開關電源的電磁攪擾源及其產生機理和攪擾傳達途徑，關于采用何種抗攪擾方法以使設備滿足電磁兼容要求非常重要。由于攪擾源有開關電源內部產生的攪擾源和外部的攪擾源，并且可以說攪擾源無法消除，受擾設備也總是存在，因此可以說電磁兼容問題總是存在。
下面以隔絕式DC/DC變換器為例，談論開關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)電壓克制二極管，RV1為壓敏電阻，都具有很強的瞬變浪涌電流的吸收才干，能很好的保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，有必要出色接地，接地線要短，最好直接安裝在金屬外殼上，還要保證其輸入、輸出線之間的屏蔽隔絕，才干有用的堵截傳導攪擾沿輸入線的傳達和輻射攪擾沿空間的傳達。L1、C1組成低通濾波電路，當L1電感值較大時，還需增加如圖所示的V1和R1元件，構成續(xù)流回路吸收L1斷開時開釋的電場能，否則L1產生的電壓尖峰就會構成電磁攪擾，電感L1所運用的磁芯最好為閉合磁芯，帶氣隙的開環(huán)磁芯的漏磁場會構成電磁攪擾，C1的容量較大為好，這樣可以減小輸入線上的紋波電壓，然后減小輸入導線周圍構成的電磁場。點擊進入看圖談論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等開關元件，在V2、V3注冊和關斷時，由于開關時間很快以及引線電感、變壓器漏感的存在，回路會產生較高的di/dt、dv/dt突變，然后構成電磁攪擾，為此在變壓器原邊兩端增加R4、C4構成的吸收回路，或在V2、V3兩端別離并聯(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，電容器容量的大小取決于引線電感量、回路中電流值以及答應的過沖電壓值的大小，LI2/2=C△V2/2公式求得C的大小，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”的設備，由我所申請專利的該種母排設備能將回路電感下降到滿足小，達10nH級，然后抵達減小高頻逆變回路電磁攪擾的目的。
從電磁兼容性規(guī)劃角度考慮，應盡量下降開關管V2、V3的開關頻率，然后下降di/dt、dv/dt值。其他運用ZCS或ZVS軟開關變換技能能有用下降高頻逆變回路的電磁攪擾。在大電流或高電壓下的快速開關動作是產生電磁噪聲的底子，因此盡可能選用產生電磁噪聲小的電路拓撲，如在持平條件下雙管正激拓撲比單管正激拓撲產生電磁噪聲要小，全橋電路比半橋電路產生電磁噪聲要小。增加吸收電路后開關管上的電流、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原料。
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，盡量減小散布電容C11，以減小變壓器原邊的高頻攪擾耦合到次邊繞組。其他為進一步減小電磁攪擾，可在原、次邊繞組間增加一個屏蔽層，屏蔽層出色接地，這樣變壓器原、次邊繞組對屏蔽層間就構成耦合電容C9、C10，高頻攪擾電流就通過C9、C10流到大地。
由于變壓器是一個發(fā)熱元件，較差的散熱條件必定導致變壓器溫度升高，然后構成熱輻射，熱輻射是以電磁波方法對外傳達，因此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，鋁盒還可安裝在鋁散熱器上，并灌注電子硅膠，這樣變壓器即可構成較好的電磁屏蔽，還可保證有較好的散熱效果，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，由于V6、V7作業(yè)于高頻開關情況，因此輸出整流電路的電磁攪擾源首要是V6和V7，R5、C12和R6、C13別離聯(lián)接成V6、V7的吸收電路，用于吸收其開關動作時產生的電壓尖峰，并以熱的方法在R5、R6上耗費。減少整流二極管的數量就可減小電磁攪擾的能量，因此持平條件下，選用半波整流電路比選用全波整流和全橋整流產生的電磁攪擾要小。
為減小二極管的電磁攪擾，有必要選用具有軟恢復特性的、反向恢復電流小、反向恢復時間短的二極管器件。從理論上講，肖特基勢壘二極管（SBD）是大都載流子導流，不存在少子的存儲與復合效應，因此也就不會有反向電壓尖峰攪擾，但實踐上關于較高反向作業(yè)電壓的肖特基二極管，跟著電子勢壘厚度的增加，反向恢復電流會增大，也會產生電磁噪聲。因此在輸出電壓較低的情況下選用肖特基二極管作直流二極管產生的電磁攪擾會比選用其它二極管器件要小。
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堵截電磁傳導攪擾沿導線向輸出負載端傳達，減小電磁攪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、電壓紋波的大小，然后減小通過輻射傳達的電磁攪擾，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大小，其他電感L2最好運用不開氣隙的閉環(huán)磁芯，最好不是飽滿電感。在規(guī)劃時，我們要記住，導線上有電流、電壓的改變，在導線周圍就有改變的電磁場，電磁場就會沿空間傳達構成電磁輻射。C19用于濾除導線上的共模攪擾，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攪擾，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，依據情況運用或不運用，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、輸出線能屏蔽隔絕。
6.接觸器、繼電器等其它開關器件電磁兼容規(guī)劃
繼電器、接觸器、風機等在掉電后，其線圈將產生較大的電壓尖峰，然后產生電磁攪擾，為此在直流線圈兩端反并聯(lián)一個二極管或RC吸收電路，在溝通線圈兩端并聯(lián)一個壓敏電阻用于吸收線圈掉電后產生的電壓尖峰。一同要留心假設接觸器線圈電源與輔佐電源的輸入電源為同一個電源，之間最好通過一個EMI濾波器。繼電器觸頭動作時也將產生電磁攪擾，因此要在觸頭兩端增加RC吸收回路。
7.開關電源箱體結構的電磁兼容規(guī)劃
開關電源原料選擇：沒有“磁絕緣”原料，電磁屏蔽是運用“磁短路”的原理，來堵截電磁攪擾在設備內部與外界空氣中的傳達途徑。在進行開關電源的箱體結構規(guī)劃時，要充分考慮對電磁攪擾的屏蔽效能，關于屏蔽原料的選擇準則是，當攪擾電磁場的頻率較高時，選用高電導率的金屬原料，屏蔽效果較好；當攪擾電磁波的頻率較低時，要選用高導磁率的金屬原料，屏蔽效果較好；在某些場合下，假設要求對高頻和低頻電磁場都具有出色的屏蔽效果時，往往選用高電導率和高導磁率的金屬原料組成多層屏蔽體。
孔洞、縫隙、搭接處理方法：選用電磁屏蔽方法無需從頭規(guī)劃電路，便可抵達很好的電磁兼容效果。志向的電磁屏蔽體是一個無縫隙、無孔洞、無透入的導電接連體，低阻抗的金屬密封體，可是一個完全密封的屏蔽體是沒有實用價值的，由于在開關電源設備中，有輸入、輸出線過孔、散熱通風孔等孔洞，以及箱體結構部件之間的搭接縫隙，假設不采用方法將會產生電磁泄露，使箱體的屏蔽效能下降、乃至完全損失。因此在開關電源箱體規(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原料，箱體上的開孔要小于要屏蔽的電磁波的波長的1/2，否則屏蔽效果將大大下降；關于通風孔，在屏蔽要求不高時可以運用穿孔金屬板或金屬化絲網，在要求既要屏蔽效能高，又要通風效果好時選用到波導管等方法，前進屏蔽體的屏蔽效能。假設箱體的屏蔽效能仍無法滿足要求時，可以在箱體上噴涂屏蔽漆。除了對開關電源整個箱體的屏蔽之外，還可以對電源設備內部的元件、部件等攪擾源或活絡設備進行部分屏蔽。
在進行箱體結構規(guī)劃時，針對設備上一切會遭到靜電放電試驗的部分，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方法，并且要保證接地線的載流才干，一同將活絡電路或元件遠離這些泄放回路，或對其選用電場屏蔽方法。關于結構件的表面處理，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選擇。
開關電源的元器件布局與布線中的電磁兼容規(guī)劃
關于開關電源設備內部元器件的布局有必要整體考慮電磁兼容性的要求，設備內部的攪擾源會通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，在離攪擾源必定間隔時，攪擾源的能量將大大衰減，因此合理的布局有利于減小電磁攪擾的影響。
EMI輸入輸出濾波器最好安裝在金屬機箱的入口處，并保證其輸入線與輸出線電磁環(huán)境的屏蔽隔絕。
活絡電路或元件要遠離發(fā)熱源。
關于開關電源產品，我們一般須恪守以下布線準則：
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主電路途與控制信號線分隔走線。
4高壓脈沖信號線最好分隔單獨走線。
5分隔布線的準則是防止平行走線，可以筆直穿插，線束之間間隔在20mm以上。
6電纜不要貼著金屬外殼和散熱器走線，保證必定間隔。
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克制電磁攪擾。在脈沖信號傳輸線路中常運用雙絞線，控制輔佐電源線和傳感器信號線最好用雙絞屏蔽線。由于雙絞線兩根線之間有很小的回路面積，并且雙絞線的每兩個相鄰的回路上感應出的電流具有大小持平、方向相反，產生的磁場互相抵消，這樣就可以減小因輻射引起的差模攪擾，不過雙絞線絞合的圈數最好為偶數，且每單位波長所絞合的圈數愈多，消除耦合的效果愈好。運用時留心雙絞線和同軸電纜兩端不能一同接地，只能單端接地，而對屏蔽線，屏蔽層兩端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心，其屏蔽層有必要完全包覆信號線接地，即接頭與電纜屏蔽層有必要3600搭接，才干有用屏蔽電磁場，如圖所示，信號線暴露部分仍可以與外界構成互容耦合，下降屏蔽效能。
帶狀電纜適合于短間隔的信號傳輸，我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成的回路面積，因此在規(guī)劃帶狀電纜布局時，最好將信號線與接地線間隔擺放。如圖所示，其間S為信號線，G為信號地線。
元器件的選擇
熱傳達的方法有傳導、對流和輻射，熱輻射是以電磁波的方法向空中傳達的，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件或電路的正常作業(yè)，因此從元器件熱規(guī)劃方面考慮要盡量留有較大余量，以下降元器件的溫升及器件表面的溫度，除元器件對溫升有特殊要求外，一般開關電源要求內部元件溫度小于90℃，內部環(huán)境溫度不超越65℃，以減小熱輻射攪擾。
對數字集成電路，從電磁兼容性角度看應多選用高噪聲容限的CMOS器件代替低噪聲容限的TTL器件。
盡量運用低速、窄帶元件和電路。
選用散布電感較小的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。
控制電路及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)劃中往往由于接地方法不恰當而產生地環(huán)路攪擾和公共阻抗耦合攪擾。因此要合理選用接地方法，接地的方法有單點接地、多點接地和混合接地。
地環(huán)路攪擾：常產生在通過較長電纜聯(lián)接，地相距較遠的設備之間。原因是由于地環(huán)路電流的存在，使兩個設備的地電位不同。一般用光電耦合器或隔絕變壓器進行“地”隔絕，消除地環(huán)路攪擾。由于隔絕變壓器繞組之間寄生電容較大，即使采用屏蔽方法的隔絕變壓器一般也只用于1MHZ以下的信號隔絕，超越1MHZ時多選用光電耦合器隔絕。
公共阻抗耦合：當兩個電路的地電流流過一個公共阻抗時，就會產生公共阻抗耦合。由于地線是信號回流線，一個電路的作業(yè)情況必定會影響地線電壓，當兩個電路共用一段地線時，地線的電壓就會一同遭到兩個電路作業(yè)情況的影響。
可見無論是地環(huán)路攪擾仍是公共阻抗耦合問題都是由于地線阻抗引起的，因此在規(guī)劃時必定要考慮盡量下降地線阻抗與感抗。
怎么減小控制電源噪聲：電源線上有電流突變，就會產生噪聲電壓。在接近芯片的位置增加解耦電容，能有用減小噪聲。假設是高頻電流負載，則選用多個同容量的高頻電容和無感電容并聯(lián)能取得更好的效果。留心電容容量并非越大越好，首要依據其諧振頻率、供給脈沖電流頻率來選擇。
印制板合理的安頓地線將能有用的減小印制板的輻射以及前進其抗輻射攪擾才干，請留心
l安頓地線網絡：在雙面板的雙面安頓最多的平行地線。
l關于一些要害信號（如脈沖信號和對外界較活絡的電平信號）的地線的安頓有必要盡量縮小引線長度，減小信號的回流面積。假設是雙面板，地線和信號線可以在印制板雙面并聯(lián)平行走線。
l若是多層線路板，且既有數字地又有仿照地，則數字地和仿照地有必要安頓在同一層，減小它們之間的耦合攪擾。
l在實踐電路中常產生公共阻抗耦合，因此要依據實踐情況選擇正確的接地方法。
11.其它方法
11.1.IGBT，MOSFET等開關元件的驅動脈沖信號增加一個-5V～-10V的負電平，前進驅動信號的抗攪擾才干。或驅動信號選用光纖傳輸技能，光纖適宜于遠間隔傳輸，具有抗攪擾才干強的特色。
11.2.通過軟件的編程技能，前進開關電源的抗攪擾才干，為了防止電平信號中的毛刺，引起軟件的誤判別及誤動作，可以通過多次采樣等數字濾波方法來濾除攪擾信號。
本文具體分析了隔絕式DC/DC變換器存在的電磁攪擾源及其產生機理，并具體介紹了針對其主電路和控制電路的電磁兼容規(guī)劃方法，這些方法對其它電子產品的電磁兼容規(guī)劃具有必定的指導效果。
