分析：開關(guān)電源EMC和濾波器電磁兼容整改問題對(duì)策（二）

三、針對(duì)高頻開關(guān)電源電磁騷擾的電磁兼容設(shè)計(jì)

（1）開關(guān)電源入口加電源濾波器，抑制開關(guān)電源所產(chǎn)生的高次諧波。

（2）輸入輸出電源線上加鐵氧體磁環(huán)，一方面抑制電源線內(nèi)的高頻共模，另一方面減小通過電源線輻射的騷擾能量。

（3）電源線盡可能靠近地線，以減小差模輻射的環(huán)路面積；把輸入交流電源線和輸出直流電源線分開走線，減小輸入輸出間的電磁耦合；信號(hào)線遠(yuǎn)離電源線，靠近地線走線，并且走線不要過長(zhǎng)，以減小回路的環(huán)面積；PCB板上的線條寬度不能突變，拐角采用圓弧過渡，盡量不采用直角或尖角。

（4）對(duì)芯片和MOS開關(guān)管安裝去耦電容，其位置盡可能地靠近并聯(lián)在器件的電源和接地管腳。

（5）由于接地導(dǎo)線存在Ldi/dt，PCB板和機(jī)殼間接地采用銅柱連接，對(duì)不適合用銅柱連接的采用較粗的導(dǎo)線，并就近接地。

（6）在開關(guān)管以及輸出整流二極管兩端加RC吸收電路，吸收浪涌電壓。

四、高頻開關(guān)電源電磁騷擾測(cè)試曲線

在3m法電波暗室對(duì)試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行測(cè)試，其L、N線的傳導(dǎo)騷擾檢測(cè)曲線如圖2、3所示，輻射騷擾的垂直極化掃描曲線如圖4、5所示。

根據(jù)鐵路客運(yùn)專線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，傳導(dǎo)騷擾限值和輻射騷擾限值如表1、2所示。

本開關(guān)電源 通過了傳導(dǎo)騷擾的測(cè)試，測(cè)試波形如圖2、3所示。輻射騷擾高頻段230～1000MHz也測(cè)試合格，如圖5所示。只是在30～200MHz頻段范圍內(nèi)的垂直極化指標(biāo)超標(biāo)， 超標(biāo)20dB，如圖4所示。

由測(cè)試結(jié)果可以看出，通過電磁兼容設(shè)計(jì)在傳導(dǎo)騷擾抑制方面取得了良好效果，在高頻段輻射騷擾的設(shè)計(jì)也達(dá)到了預(yù)期效果，下面還需對(duì)在30～200MHz頻段范圍內(nèi)的輻射騷擾進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

由圖4可以看出，本開關(guān)電源存在輻射騷擾超標(biāo)的現(xiàn)象，為了抑制電磁騷擾而使用鐵氧體元件，價(jià)格便宜，效果明顯。

鐵氧體元件等效電路是電感L和電阻R組成的串聯(lián)電路，L和R都是頻率的函數(shù)。低頻時(shí)，R很小，L起主要作用，電磁騷擾被反射而受到抑制；高頻時(shí)，R增大，電磁騷擾被吸收并轉(zhuǎn)換成熱能，使高頻騷擾大大衰減。不同的鐵氧體抑制元件，有不同的 抑制頻率范圍?？傊?，選擇和安裝鐵氧體元件可參照如下幾條：

（1）鐵氧體的體積越大，抑制效果越好；

（2）在體積一定時(shí)，長(zhǎng)而細(xì)的形狀比短而粗的抑制效果好；

（3）內(nèi)徑越小抑制效果也越好；

（4）橫截面越大，越不易飽和；

（5）磁導(dǎo)率越高，抑制的頻率就越低；

（6）鐵氧體抑制元件應(yīng)當(dāng)安裝在靠近騷擾源的地方；

（7）在輸入、輸出導(dǎo)線上安裝時(shí)，應(yīng)盡量靠近屏蔽殼的進(jìn)、出口處。

根據(jù)上面對(duì)高頻開關(guān)電源騷擾源和鐵氧體元件的分析，決定在靠近騷擾源的地方套磁珠與磁環(huán)。

圖1a中電容C1的接地端套鐵氧體磁珠（φ3.5×φ1.3×3.5），圖1b中整流二極管D1和D2使用肖特基二極管，其陽極套鐵氧體磁珠（φ3.5×φ1.3×3.5），直流輸出線纜用鐵氧體磁環(huán)（φ13.5×φ7.5×7）繞兩圈且靠近出口處。經(jīng)過處理后重新測(cè)試，其掃描曲線如圖6所示。

由此可見，大部分頻段的輻射騷擾已被抑制到標(biāo)準(zhǔn)要求以下，但在頻率81、138、165kHz附近處仍然超標(biāo)。

根據(jù)對(duì)開關(guān)電源電磁騷擾源的分析可知，在圖1b電路中高頻變壓器T1也是一個(gè)騷擾源。為了阻止高頻變壓器產(chǎn)生的騷擾信號(hào)以輻射方式發(fā)射，把變壓器的外殼用屏蔽材料銅箔環(huán)繞一圈構(gòu)成一回路加以屏蔽，以切斷變壓器通過空間耦合形成的輻射騷擾傳播途徑。

并且為了減少因變壓器側(cè)開通時(shí)電流瞬間突變產(chǎn)生的di／dt騷擾，在變壓器T1的 側(cè)串進(jìn)1個(gè)電感，以減小器件的開通損耗，降低輻射騷擾信號(hào)。經(jīng)過整改后，輻射騷擾大大下降，再次對(duì)本電源輻射騷擾進(jìn)行測(cè)試，完全達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，其測(cè)試結(jié)果如圖7所示。

五、結(jié)語

隨著時(shí)代的發(fā)展，越來越多的電子、電氣設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)品都需要進(jìn)行檢驗(yàn)檢測(cè)，其中EMC測(cè)試是必備的檢驗(yàn)檢測(cè)指標(biāo)之一。但EMC測(cè)試項(xiàng)目費(fèi)用較貴，EMC實(shí)驗(yàn)室造價(jià)昂貴，絕大部分測(cè)量設(shè)備又需要采用進(jìn)口設(shè)備，導(dǎo)致很少檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)有能力建造EMC實(shí)驗(yàn)室。產(chǎn)品的EMC性能是設(shè)計(jì)階段賦予的，一般電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)如果不考慮EMC因素，就會(huì)很容易導(dǎo)致EMC測(cè)試失敗，以致不能通過相關(guān)EMC法規(guī)的測(cè)試或認(rèn)證。例如，產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)工程師們根據(jù)需求，設(shè)計(jì)出效果良好的濾波電路，置入產(chǎn)品I/O(輸入/輸出）接口的前級(jí)，可使因傳導(dǎo)而進(jìn)入系統(tǒng)的干擾噪聲消除在電路系統(tǒng)的入口處；設(shè)計(jì)出隔離電路（如變壓器隔離和光電隔離等）解決通過電源線、信號(hào)線和地線進(jìn)入電路的傳導(dǎo)干擾，同時(shí)阻止因公共阻抗、長(zhǎng)線傳輸而引起的干擾；設(shè)計(jì)出能量吸收回路，從而減少電路、器件吸收的噪聲能量；通過選擇元器件和合理安排的電路系統(tǒng)，使干擾的影響減少。