開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生根源及其傳播途徑

　　功率開關(guān)器件的頻率開關(guān)動(dòng)作是導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關(guān)頻率的提高了相應(yīng)也導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的EMI問(wèn)題。開關(guān)電源工作時(shí)，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時(shí)間內(nèi)上升和下降的，因此，開關(guān)電源本身是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來(lái)分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來(lái)分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是降低噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來(lái)分別說(shuō)明：

　　1、二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾

　　交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓，經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。

　　高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過(guò)，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí)，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(shí)間里，電流會(huì)反向流動(dòng)，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)。

　　2、開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾

　　功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí),這種諧 波干擾將會(huì)很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生 尖峰干擾。

　　3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

　　無(wú)工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過(guò)開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過(guò)輸入輸出線傳播時(shí)，都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

　　4、其他原因

　　元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，線路板(PCB)走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且電路板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。

　　Flyback 架構(gòu)noise 在頻譜上的反應(yīng)

　　0.15 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾。0.2 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的4次諧波和Mosfet 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加，引起的干擾;所以這部分較強(qiáng)。0.25 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;0.35 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;0.39 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的8次諧波和Mosfet 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加引起的干擾;1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diode 振蕩1(1.31MHz)的基波引起的干擾; 3.3 MHz處產(chǎn)生的振蕩是Mosfet 振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾;開關(guān)管、整流二極管的振蕩會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾

　　設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施:

　　1.把噪音電路節(jié)點(diǎn)的PCB銅箔面積最大限度地減小;如開關(guān)管的漏極、集電極，初次級(jí)繞組的節(jié)點(diǎn)，等。

　　2.使輸入和輸出端遠(yuǎn)離噪音元件，如變壓器線包，變壓器磁芯，開關(guān)管的散熱片，等等。

　　3. 使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線包，未遮蔽的變壓器磁芯，和開關(guān)管，等等)遠(yuǎn)離外殼邊緣，因?yàn)樵谡２僮飨峦鈿み吘壓芸赡芸拷饷娴慕拥鼐€。

　　4. 如果變壓器沒有使用電場(chǎng)屏蔽，要保持屏蔽體和散熱片遠(yuǎn)離變壓器。

　　5. 盡量減小以下電流環(huán)的面積：次級(jí)(輸出)整流器，初級(jí)開關(guān)功率器件，柵極(基極)驅(qū)動(dòng)線路，輔助整流器。

　　6.不要將門極(基極)的驅(qū)動(dòng)返饋環(huán)路和初級(jí)開關(guān)電路或輔助整流電路混在一起。

　　7.調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值，使它在開關(guān)的死區(qū)時(shí)間里不產(chǎn)生振鈴響聲。

　　8. 防止EMI濾波電感飽和。

　　9.使拐彎節(jié)點(diǎn)和 次級(jí)電路的元件遠(yuǎn)離初級(jí)電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片。

　　10.保持初級(jí)電路的擺動(dòng)的節(jié)點(diǎn)和元件本體遠(yuǎn)離屏蔽或者散熱片。

　　11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端。

　　12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線端子。

　　13. 使EMI濾波器對(duì)面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離。

　　14.在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻。

　　15.在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻。

　　16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻。

　　17.在PCB設(shè)計(jì)時(shí)允許放1nF/ 500 V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級(jí)的靜端和輔助繞組之間。

　　18.保持EMI濾波器遠(yuǎn)離功率變壓器;尤其是避免定位在繞包的端部。

　　19.在PCB面積足夠的情況下, 可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端。

　　20.空間允許的話在開關(guān)功率場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個(gè)小徑向引線電容器(米勒電容， 10皮法/ 1千伏電容)。

　　21.空間允許的話放一個(gè)小的RC阻尼器在直流輸出端。

　　22. 不要把AC插座與初級(jí)開關(guān)管的散熱片靠在一起。

　　開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)

　　作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大;干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚;開關(guān)頻率不高(從幾十千赫和數(shù)兆赫茲)，主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾;而印刷線路板 (PCB)走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。

　　1MHZ以內(nèi)----以差模干擾為主,增大X電容就可解決

　　1MHZ---5MHZ---差模共?；旌?采用輸入端并一系列X電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并解決;

　　5M---以上以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法.對(duì)于外殼接地的,在地線上用一個(gè)磁環(huán)繞2圈會(huì)對(duì)10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);對(duì)于25--30MHZ不過(guò)可以采用加大對(duì)地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCB LAYOUT、輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小磁環(huán),最少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器.

　　30---50MHZ 普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起,可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻,RCD緩沖電路采用1N4007慢管,VCC供電電壓用1N4007慢管來(lái)解決.

　　100---200MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起,可以在整流管上串磁珠

　　100MHz-200MHz之間大部分出于PFC MOSFET及PFC 二極管,現(xiàn)在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果,水平方向基本可以解決問(wèn)題,但垂直方向就很無(wú)奈了

　　開關(guān)電源的輻射一般只會(huì)影響到100M 以下的頻段.也可以在MOS,二極管上加相應(yīng)吸收回路,但效率會(huì)有所降低。

　　1MHZ 以內(nèi)----以差模干擾為主

　　1.增大X 電容量;

　　2.添加差模電感;

　　3.小功率電源可采用PI 型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。

　　1MHZ---5MHZ---差模共模混合

　　采用輸入端并聯(lián)一系列X 電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并以解決，

　　1.對(duì)于差模干擾超標(biāo)可調(diào)整X 電容量,添加差模電感器，調(diào)差模電感量;

　　2.對(duì)于共模干擾超標(biāo)可添加共模電感,選用合理的電感量來(lái)抑制;

　　3.也可改變整流二極管特性來(lái)處理一對(duì)快速二極管如FR107 一對(duì)普通整流二極管1N4007。

　　5M---以上以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法。

　　對(duì)于外殼接地的，在地線上用一個(gè)磁環(huán)串繞2-3 圈會(huì)對(duì)10MHZ 以上干擾有較大的衰減作用;可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔, 銅箔閉環(huán).處理后端輸出整流管的吸收電路和初級(jí)大電路并聯(lián)電容的大小。

　　對(duì)于20--30MHZ

1. 對(duì)于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對(duì)地Y2 電容量或改變Y2 電容位置;2.調(diào)整一二次側(cè)間的Y1 電容位置及參數(shù)值;3.在變壓器外面包銅箔;變壓器最里層加屏蔽層;調(diào)整變壓器的各繞組的排布。4.改變PCB LAYOUT;5.輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小共模電感;6.在輸出整流管兩端并聯(lián)RC 濾波器且調(diào)整合理的參數(shù);7.在變壓器與MOSFET 之間加BEAD CORE;8.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容。9. 可以用增大MOS 驅(qū)動(dòng)電阻.

2. 
   

　　30---50MHZ 普遍是MOS 管高速開通關(guān)斷引起

1. 可以用增大MOS 驅(qū)動(dòng)電阻;2.RCD 緩沖電路采用1N4007 慢管;3.VCC 供電電壓用1N4007 慢管來(lái)解決;4.或者輸出線前端串接一個(gè)雙線并繞的小共模電感;5.在MOSFET 的D-S 腳并聯(lián)一個(gè)小吸收電路;6.在變壓器與MOSFET 之間加BEAD CORE;7.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容;8.PCB LAYOUT 時(shí)大電解電容，變壓器，MOS 構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小;9.變壓器，輸出二極管，輸出平波電解電容構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小。

2. 
   

　　50---100MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起

1. 可以在整流管上串磁珠;2.調(diào)整輸出整流管的吸收電路參數(shù);3.可改變一二次側(cè)跨接Y電容支路的阻抗,如PIN腳處加BEAD CORE或串接適當(dāng)?shù)碾娮?4.也可改變MOSFET，輸出整流二極管的本體向空間的輻射(如鐵夾卡MOSFET; 鐵夾卡DIODE，改變散熱器的接地點(diǎn))。5.增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射.

2. 
   

　　200MHZ 以上開關(guān)電源已基本輻射量很小，一般可過(guò)EMI 標(biāo)準(zhǔn)

　　傳 導(dǎo) 方 面 EMI 對(duì) 策

　　傳導(dǎo)冷機(jī)時(shí)在0.15-1MHZ超標(biāo)，熱機(jī)時(shí)就有7DB余量。主要原因是初級(jí)BULK電容DF值過(guò)大造成的，冷機(jī)時(shí)ESR(諧振)比較大，熱機(jī)時(shí)ESR比較小，開關(guān)電流在ESR上形成開關(guān)電壓，它會(huì)壓在一個(gè)電流LN線間流動(dòng)，這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個(gè)電解電容之間加一個(gè)差模電感。.........

　　輻 射 方 面 EMI 對(duì) 策

　　輻射在30～300MHz頻段內(nèi)出現(xiàn)寬帶噪聲超標(biāo)

　　通過(guò)在電源線上增加去耦磁環(huán)(可開合)進(jìn)行驗(yàn)證，如果有改善則說(shuō)明和電源線有關(guān)系，采用以下整改方法：如果設(shè)備有一體化濾波器，檢查濾波器的接地是否良好，接地線是否盡可能短;

　　金屬外殼的濾波器的接地最好直接通過(guò)其外殼和地之間的大面積搭接。檢查濾波器的輸入、輸出線是否互相靠近。適當(dāng)調(diào)整X/Y電容的容值、差模電感及共模扼流圈的感量;調(diào)整Y電容時(shí)要注意安全問(wèn)題;改變參數(shù)可能會(huì)改善某一段的輻射，但是卻會(huì)導(dǎo)致另外頻度變差，所以需要不斷的試，才能找到最好的組合。適當(dāng)增大觸發(fā)極上的電阻值不失為一個(gè)好辦法;也可在開關(guān)管晶體管的集電極(或者是MOS管的漏極)或者是次級(jí)輸出整流管對(duì)地接一個(gè)小電容也可以有效減小共模開關(guān)噪聲。開關(guān)電源板在PCB布線時(shí)一定要控制好各回路的回流面積，可以大大減小差模輻射。在PCB電源走線中增加104/103電容為電源去耦;在多層板布線時(shí)要求電源平面和地平面緊鄰;在電源線上套磁環(huán)進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，以后可以通過(guò)在單板上增加共模電感來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者在電纜上注塑磁環(huán)。輸入AC線的L線的長(zhǎng)度盡量短;

　　屏蔽設(shè)備內(nèi)部，孔縫附近是否有干擾源;結(jié)構(gòu)件搭接處是否噴有絕緣漆，采用砂布將絕緣漆擦掉，作比較試驗(yàn)。檢查接地螺釘是否噴有絕緣漆，是否接地良好