开关电源EMC设计的实现

6、 其他影响开关电源EMC性能的因素：

除以上元器件及回路外，电网状况、负载形式以及电源所在环境的EMI强度也是影响开关电源EMC性能的重要因素。以负载为例，负载加大，开关管Q关断产生的|dv/dt|值加大，而负载变化对开通的|dv/dt|影响不大。由于开通和关断时产生的|dv/dt|不同，从而对外部产生的骚扰脉冲也是不同的。另外PCB的布线及元器件的布局都是相当关键的因素。实践证明，印制板的元器件布置和布线设计对开关电源EMC性能有极大的影响，在高频开关电源中，由于印制板上既有低电平小信号控制线，又有高压电源母线，同时还有一些高频功率开关、磁性元件，如何在印制板有限的空间内合理地安排元器件位置，将直接影响到电路中各元器件自身的抗干扰性和电路工作的可靠性。

7、开关电源的敏感电路：

电磁敏感度(EMS)是指在存在电磁干扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。开关电源中，各个回路和元器件都同时是干扰源和敏感电路，但相比之下，开关电源的输入输出端、控制电路更容易受EMI 的影响而发生更严重的连锁反应，所以这些电路应采取措施进行重点保护，而干扰源则应该进行抑制。

三：开关电源EMC设计的实现、思路及方法：

电磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)，是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。电磁兼容性包括两方面：EMI(电磁干扰)，EMS(电磁耐受)两方面。其中EMI包括：CE(传导干扰)，RE(辐射干扰)，PT(干扰功率测试)等等。EMS包括：ESD(静电放电)，RS(辐射耐受)，EFT/B(快速脉冲耐受)，surge(雷击)，CS(传导耐受)等等。

开关电源内外部干扰产生及耦合的机理比较复杂，牵涉到的因素很多，要解决开关电源的EMC问题，必须要具体电路具体分析，避免盲目采取接地、屏蔽、滤波等措施。要针对开关电源EMI的特点，确定主要的干扰因素(包括干扰源、耦合路径、易感电路)，有的放矢的采取措施。具体而言，开关电源的EMC设计应按照抑制干扰源能量、破坏干扰的耦合通道并对敏感电路进行重点保护的思路进行，把好电源的输入输出关口，具体考虑以下几个方面：

1、 抑制干扰源

抑制干扰源是抑制开关电源EMI的根本，是使开关电源EMI低于规定极限值的有效方法。

(1)减小功率管通、断过程中产生的骚扰

如前所述，开关电源的主要骚扰是来自功率开关管通、断的dv/dt.因此减小功率开关管通、断的dv/dt是减小开关电源骚扰的重要方面。软开关技术可以在一定程度上减小开关管通、断的dv/dt.在研究各种变换器的EMI特性以及缓冲电路、箝位电路、变频与定频控制对干扰水平影响的实验结果中表明，具有电压箝位的零电压定频开关变换器的EMI电平最低。因此，采用软开关电源技术，结合合理的元器件布置及合理的印制电路板布线，对开关电源的EMI水平有一定的改善。

(2)开关频率调制技术

调制技术是把基带信号变换成传输信号的技术。它将模拟信号抽样量化后，以二进制数字信号1或0对光载波进行通断调制，并进行脉冲编码(PCM)。数字调制的优点是抗干扰能力强，中继时噪声及色散的影响不积累，因此可实现长距离传输。它的缺点是需要较宽的频带，设备也复杂。基带信号是原始的电信号，一般是指基本的信号波形，在数字通信中则指相应的电脉冲。在无线遥测遥控系统和无线电技术中调制就是用基带信号控制高频载波的参数(振幅、频率和相位)，使这些参数随基带信号变化。用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号。未调制的高频电振荡称为载波(可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脉冲序列等)。

将频率不变的调制改为随机调制，变频调制。固定频率调制脉冲产生的干扰在低频段主要是调制频率的谐波干扰，低频段的干扰主要集中在各谐波点上。由f.lin提出方法[3]基本思想是通过调制开关频率fc,把集中在fc及其谐波2fc,3fc……上的能量分散到它们周围的频带上，以降低各个频点上的emd幅值。该方法不能降低总干扰但能量被分散到频点的基带上，从而达到各个频点都不超过emd规定的限值。

2、 切断耦合通道

为了达到这个目的，主要从选择合适的开关电源电路拓扑;采用正确的接地、屏蔽、滤波措施;设计合理的元器件布局及印制板布线等几个方面考虑。例如，在电源的输入输出端加滤波器能有效的阻断EMI 的耦合通道。在交流电输入端加装电源滤波器，可抑制差模噪声和共模噪声，滤波器应接地，因为滤波器的共模旁路电容必须在接地时才起作用。可将滤波器与金属外壳相接或用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地点相连。接地阻抗越低滤波效果越好。滤波器尽量安装在靠近电源入口处。滤波器的输入及输出端要尽量远离，避免干扰信号从输入端直接耦合到输出端。

3、 保护敏感电路

干扰源和受扰体同时位于同一块电路板上，应尽量将相互关联的元器件摆放在一起以避免因器件离的太远而造成印制线过长所带来的干扰。开关回路面积应尽量减小而控制回路则应避开其辐射范围放置。另外，对于开关电源来说，主要是做好机壳屏蔽，高频变压器屏蔽，开关管和整流二极管的屏蔽。这样通过屏蔽干扰电路来保护敏感电路这也是非常好的方法。

四：开关电源EMI抑制技术：

除了屏蔽、接地、滤波等常用的EMI抑制技术以外，针对开关电源的特点，一些新技术，如：软开关技术，功率管优化驱动技术、EMI滤波器设计技术和共模干扰有源抑制技术以及前文提及的开关频率调制技术等。然而，不论任何技术，最终都是为了抑制EMI,其根本是认识开关电源EMI问题的本质。开关电源的EMI抑制技术目前还处于起步阶段，在设计新的干扰抑制技术的同时，综合运用已有的方法和技术也不失为一种好的方法。

五：结语：

开关电源EMC设计是一项复杂的课题，应该将设计思想方法与具体技术相结合，在分析开关电源EMI产生的位置、机理、强度等相关因素的基础之上，建立有效的EMI分析设计模型，综合运用各种手段来进行解决。目的是使电源产品满足相应的EMC标准规定的抗扰度极限值要求，在受到一定的电磁骚扰时，无性能的下降或故障;同时还要满足相关EMC标准规定的电磁极限值要求，对电磁环境不构成污染源，而实现电磁兼容。开关电源的EMC设计需受到电源开发工程师的认真对待和足够的重视，必须将这一环节放到产品的设计开发阶段来做，否则付出的代价将是巨大的。