分析：開關(guān)電源EMC和濾波器電磁兼容整改問題對策（一）

          在現(xiàn)當今一切的電子產(chǎn)品當中，都離不開電源。但是，由于開關(guān)電源效率高、體積小的壓倒性優(yōu)勢，在這一切的產(chǎn)品的電源有近百分之90以上都是采用開關(guān)電源停止電壓適配，當然另外也有一些LDO。這樣的話效率、體積或者是功用是到達了開發(fā)人的請求，但是在過認證（EN55022、FCC part 15、GB9254）的時候就會發(fā)現(xiàn)EMC會帶來很多的困擾，例如，空間輻射測試不過，傳導(dǎo)輻射測試不過、雷擊浪涌、脈沖群……常常會由于這些問題的存在招致認證過程的延誤，致產(chǎn)品延緩上市卻不能搶占市場。鑒于此，特搜集整理了一些關(guān)于開關(guān)電源EMI整改問題對策，供各位參考學(xué)習(xí)。如有任何問題或者疑問，大家都能夠來信一同討論。

開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理及其傳播途徑

Flyback架構(gòu)noise在頻譜上的反應(yīng)：

0.15MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾；0.2MHz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；0.25MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾；0.35MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾；0.39MHz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；3.3MHz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產(chǎn)生較強的干擾

設(shè)計開關(guān)電源時防止EMI的措施：

1.把噪音電路節(jié)點的PCB銅箔面積*大限度地減小，如開關(guān)管的漏極、集電極、初次級繞組的節(jié)點等；

2.使輸入和輸出端遠離噪音元件，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）遠離外殼邊緣，因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線；

4.如果變壓器沒有使用電場屏蔽，要保持屏蔽體和散熱片遠離變壓器；

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

6.不要將門極（基極）的驅(qū)動返饋環(huán)路和初級開關(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)點和次級電路的元件遠離初級電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片；

10.保持初級電路的擺動的節(jié)點和元件本體遠離屏蔽或者散熱片；

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)計時允許放1nF/500V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間；

18.保持EMI濾波器遠離功率變壓器，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)功率場效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個小徑向引線電容器（米勒電容，10皮法/1千伏電容）；

21.空間允許的話放一個小的RC阻尼器在直流輸出端；

22.不要把AC插座與初級開關(guān)管的散熱片靠在一起。

開關(guān)電源EMI的特點：

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)的提取和近場干擾估計的難度。

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?；旌希捎幂斎攵瞬⒁幌盗蠿電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并解決；

5M以上---以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法。對于外殼接地的，在地線上用一個磁環(huán)繞2圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006)；

對于25--30MHZ不過可以采用加大對地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCBLAYOUT、輸出線前面接一個雙線并繞的小磁環(huán)，*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)動電阻，RCD緩沖電路采用1N4007慢管，VCC供電電壓用1N4007慢管來解決；

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PFCMOSFET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題，但垂直方向就很無奈了。開關(guān)電源的輻射一般只會影響到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電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并以解決。1.對于差模干擾超標可調(diào)整X電容量，添加差模電感器，調(diào)差模電感量；2.對于共模干擾超標可添加共模電感，選用合理的電感量來抑制；3.也可改變整流二極管特性來處理一對快速二極管如FR107一對普通整流二極管1N4007。

5M以上---以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法

對于外殼接地的，在地線上用一個磁環(huán)串繞2-3圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減作用；也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大電路并聯(lián)電容的大小。

對于20--30MHZ

1.對于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對地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*里層加屏蔽層，調(diào)整變壓器的各繞組的排布；4.改變PCBLAYOUT；5.輸出線前面接一個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BEADCORE；8.在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容；9.可以用增大MOS驅(qū)動電阻。

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)動電阻；

2.RCD緩沖電路采用1N4007慢管；

3.VCC供電電壓用1N4007慢管來解決；

4.或者輸出線前端串接一個雙線并繞的小共模電感；

5.在MOSFET的D-S腳并聯(lián)一個小吸收電路；

6.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE；

7.在變壓器的輸入電壓腳加一個小電容；

8.PCB心LAYOUT時大電解電容，變壓器，MOS構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的??；

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。

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BEADCORE或串接適當?shù)碾娮瑁?/span>

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）；

5.增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射。

200MHZ以上開關(guān)電源已基本輻射量很小，一般可過EMI標準。

傳導(dǎo)方面EMI對策：

傳導(dǎo)冷機時在0.15-1MHZ超標，熱機時就有7DB余量。主要原因是初級BULK電容DF值過大造成的，冷機時ESR比較大，熱機時ESR比較小，開關(guān)電流在ESR上形成開關(guān)電壓，它會壓在一個電流LN線間流動，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電解電容之間加一個差模電感.........

EMC硬件設(shè)計規(guī)范與濾波器使用注意事項

硬件EMC規(guī)范講解：

電磁干擾的三要素是干擾源、干擾傳輸途徑、干擾接收器。EMC就圍繞這些問題進行研究。*基本的干擾抑制技術(shù)是屏蔽、濾波、接地。它們主要用來切斷干擾的傳輸途徑。廣義的電磁兼容控制技術(shù)包括抑制干擾源的發(fā)射和提高干擾接收器的敏感度，但已延伸到其他學(xué)科領(lǐng)域。

本規(guī)范重點在單板的EMC設(shè)計上，附帶一些必須的EMC知識及法則。在印制電路板設(shè)計階段對電磁兼容考慮將減少電路在樣機中發(fā)生電磁干擾。問題的種類包括公共阻抗耦合、串擾、高頻載流導(dǎo)線產(chǎn)生的輻射和通過由互連布線和印制線形成的回路拾取噪聲等。

在高速邏輯電路里，這類問題特別脆弱，原因很多：

1、電源與地線的阻抗隨頻率增加而增加，公共阻抗耦合的發(fā)生比較頻繁；

2、信號頻率較高，通過寄生電容耦合到步線較有效，串擾發(fā)生更容易；

3、信號回路尺寸與時鐘頻率及其諧波的波長相比擬，輻射更加顯著。

4、引起信號線路反射的阻抗不匹配問題。

一、高頻開關(guān)電源的電路結(jié)構(gòu)

高頻開關(guān)電源的主拓撲電路原理，如圖1所示。

二、高頻開關(guān)電源電磁騷擾源的分析

在圖1a電路中的整流器、功率管Q1，在圖1b電路中的功率管Q2～Q5、高頻變壓器T1、輸出整流二極管D1～D2都是高頻開關(guān)電源工作時產(chǎn)生電磁騷擾的主要騷擾源，具體分析如下。

（1）整流器整流過程產(chǎn)生的高次諧波會沿著電源線產(chǎn)生傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾。

（2）開關(guān)功率管工作在高頻導(dǎo)通和截止的狀態(tài)，為了降低開關(guān)損耗，提高電源功率密度和整體效率，開關(guān)管的打開和關(guān)斷的速度越來越快，一般在幾微秒，開關(guān)管以這樣的速度打開和關(guān)斷，形成了浪涌電壓和浪涌電流，會產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波，對空間和交流輸入線形成電磁騷擾。

（3）高頻變壓器T1進行功率變換的同時，產(chǎn)生了交變的電磁場，向空間輻射電磁波，形成了輻射騷擾。變壓器的分布電感和電容產(chǎn)生振蕩，并通過變壓器初次級之間的分布電容耦合到交流輸入回路，形成傳導(dǎo)騷擾。

（4）在輸出電壓比較低的情況下，輸出整流二極管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，也是一種電磁騷擾源。

由于二極管的引線寄生電感、結(jié)電容的存在以及反向恢復(fù)電流的影響，使之工作在很高的電壓和電流變化率下，二極管反向恢復(fù)的時間越長，則尖峰電流的影響也越大，騷擾信號就越強，由此產(chǎn)生高頻衰減振蕩，這是一種差模傳導(dǎo)騷擾。

所有產(chǎn)生的這些電磁信號，通過電源線、信號線、接地線等金屬導(dǎo)線傳輸?shù)酵獠侩娫葱纬蓚鲗?dǎo)騷擾。通過導(dǎo)線和器件輻射或通過充當天線的互連線輻射的騷擾信號造成輻射騷擾。