电路的EMC分析

　　与电源开关管V1的集电极相连的电路，也是产生共模干扰信号的主要原因。因为在整个开关电源电路中，数电源开关管V1集电极的电位最高，最高可达600 V以上，其他电路的电位都比它低，因此电源开关管V1的集电极与其他电路（也包括电源输入端的引线）之间存在很强的电场，在电场的作用下，电路会产生位移电流，这个位移电流基本属于共模干扰信号。

　　图2中的电容器C1，C2和差模电感器L1对i1，i2和i3差模干扰信号有很强的抑制能力。由于C1，C2在电源线拔出时还会带电，容易触电伤人，所以在电源输入的两端要接一个放电电阻R1。

　　对共模干扰信号i4要进行完全抑制，一般很困难，特别是没有金属机壳屏蔽的情况下，因为在感应产生共模干扰信号的回路中，其中的一个“元器件”是线路板与大地之间的等效电容，此“元器件”的数值一般是不稳定的，进行设计时对指标要留有足够的余量。图2中L2和C3，C4是共模干扰信号抑制电路器件，在输入功率较大的电路中，L2一般要用两个，甚至三个，其中一个多为环形磁心电感。

　　根据上面分析，产生电磁干扰的主要原因是i1流过的主要回路，这个回路主要由电容器C5、变压器T1初级和电源开关管V1组成。根据电磁感应原理，这个回路产生的感应电动势为：

　　e=dφ／dt=SdB／dt

　　式中：e为感应电动势；φ为磁通量；S为电流回路的面积；B为磁感应强度，其值与电流强度成正比；dφ／dt为磁通变化率。由此可见，感应电动势与电流回路的面积成正比。因此要减小电磁干扰，首先要设法减小电流回路的面积，特别是i1电流流过的回路面积。另外，为了减少变压器漏感对周围电路产生电磁感应的影响，一方面要求心量减小变压器的漏感；另一方面，在变压器的外围包一层薄铜皮，以构成一个低阻抗短路线圈，通过涡流消耗漏感产生的感应能量。

　　（4）对辐射干扰信号的抑制。电磁辐射干扰也是通过电磁感应的方式，由带电体或电流回路及磁感应回路对外产生电磁辐射的。任何一根导体都可以看作一根电磁感应天线，任何一个电流回路都可以看作一个环形天线，电感线圈和变压器漏感也是电磁感应辐射的重要器件。要想完全抑制电磁辐射是不可能的，但通过对电路进行合理设计，或者采取部分屏蔽措施，可以大大减轻电磁干扰的辐射。

　　例如，尽量缩短电路引线的长度和减小电流回路的面积，是减小电磁辐射的有效方法；正确使用储能滤波电容，把储能滤波电容尽量近地安装在有源器件电源引线的两端，每个有源器件独立供电，或单独用一个储能滤波电容供电（充满电的电容可以看成是一个独立电源），防止各电路中的有源器件（放大器）通过电源线和地线产生串扰；把电源引线的地和信号源的地严格分开，或对信号引线采取双线并行对中交叉的方法，让干扰信号互相抵消，也是一种减小电磁辐射的有效方法；利用散热片也可以对电磁干扰进行局部屏蔽，对信号引线还可以采取双地线并行屏蔽的方法，让信号线夹在两条平行地线的中间，这相当于双回路，干扰信号也会互相抵消，屏蔽效果非常显著；机器或敏感器件采用金属外壳是最好的屏蔽电磁干扰方法，但非金属外壳也可以喷涂导电材料（如石墨）进行电磁干扰屏蔽。

　　（5）对高压的静电的消除。图1中，如果输出电压高于1 000 V，必须考虑静电消除。虽然大多数的开关电源都采取变压器进行“冷热地”隔离，由于“热地”，也叫“初级地”，通过电网可构成回路，当人体接触到“初级地”时会“触电”，所以人们都把“初级地”叫作“热地”，表示不能触摸的意思。而“冷地”也叫“次级地”，尽管电压很高，但它与大地不构成回路，当人体接触到“次级地”时不会“触电”，因此，人们都把“次级地” 叫作“冷地”，表示可以触摸的意思。但不管是“冷地”或者是“热地”，其对大地的电位差都不可能是零，即还是会带电。如彩色电视机中的开关电源，“热地” 对大地的电位差，其峰峰值大约有400 V；“冷地”对大地的电位差，其峰峰值大约有1 500 V。

　　“热地”带电比较好理解，而“冷地”带电一般人是难以理解的。“冷地”带电电压是由变压器次级产生的。虽然变压器次级的一端与“冷地”连接，但真正的零电位是在变压器次级线圈的中心，或整流输出滤波电容器介质的中间。这一点称为电源的“浮地”，即它为零电位，但又不与大地相连。由此可知，“冷地”带电的电压正好等于输出电压的50％，如电视机显像管的高压阳极需要大约30 000 V的高压，真正的零电位是在高压滤波电容（显像管石墨层之间的电容）的中间，或高压包的中间抽头处，由此可以求出电视机中冷地与地之间的静电电压大约为 15 000 V。同理，“热地”回路的“浮地”是在储能滤波电容器C5的中间，所以正常情况下“热地”带电电压为整流输出的50％，其峰值约为200 V。如把开关管导通或截止时产生的反电动势也叠加在其之上，其峰峰值大约有400 V。

　　图2中的R3就是用来降低“冷地”与大地之间静电电压的，C8的作用是降低冷、热地之间的动态电阻。一般数字电路IC的耐压都很低，如果“冷地”带电的电压很高，通过静电感应，或人体触摸，很容易就会把IC击穿。EMC常用标准如下：

　　EMC通用系列标准：IEC61000-4-X；

　　工业环境抗扰度通用标准：EN50082-2；

　　脉冲电流谐波测试标准：IEC61000-3-2；

　　交流电源闪烁测试标准：IEC61000-3-3。

　　图3中的R3就是用来降低冷地与大地之间静电电压的，C8的作用是降低冷热地之间的动态电阻。一般数字电路IC的耐压都很低，如果“冷地”带电的电压很高，通过静电感应，或人体触摸，很容易就会把IC击穿。

　　3 结 语

　　随着开关电源不断向高频化发展，其抗干扰问题显得越发重要。在开发和设计开关电源中，如何有效抑制开关电源的电磁干扰，同时提高开关电源本身对电磁干扰的抗干扰能力是一个重要课题。在抗干扰设计时，几种抗干扰措施既相互独立又相互联系，必须同时采用多种措施才能达到良好的抗干扰效果。