開關電源EMC設計的實現

6、 其他影響開關電源EMC性能的因素：

除以上元器件及回路外，電網狀況、負載形式以及電源所在環境的EMI強度也是影響開關電源EMC性能的重要因素。以負載為例，負載加大，開關管Q關斷產生的|dv/dt|值加大，而負載變化對開通的|dv/dt|影響不大。由于開通和關斷時產生的|dv/dt|不同，從而對外部產生的騷擾脈沖也是不同的。另外PCB的布線及元器件的布局都是相當關鍵的因素。實踐證明，印制板的元器件布置和布線設計對開關電源EMC性能有極大的影響，在高頻開關電源中，由于印制板上既有低電平小信號控制線，又有高壓電源母線，同時還有一些高頻功率開關、磁性元件，如何在印制板有限的空間內合理地安排元器件位置，將直接影響到電路中各元器件自身的抗干擾性和電路工作的可靠性。

7、開關電源的敏感電路：

電磁敏感度(EMS)是指在存在電磁干擾的情況下，裝置、設備或系統不能避免性能降低的能力。開關電源中，各個回路和元器件都同時是干擾源和敏感電路，但相比之下，開關電源的輸入輸出端、控制電路更容易受EMI 的影響而發生更嚴重的連鎖反應，所以這些電路應采取措施進行重點保護，而干擾源則應該進行抑制。

三：開關電源EMC設計的實現、思路及方法：

電磁兼容性EMC(Electro Magnetic Compatibility)，是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。因此，EMC包括兩個方面的要求：一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度，即電磁敏感性。電磁兼容性包括兩方面：EMI(電磁干擾)，EMS(電磁耐受)兩方面。其中EMI包括：CE(傳導干擾)，RE(輻射干擾)，PT(干擾功率測試)等等。EMS包括：ESD(靜電放電)，RS(輻射耐受)，EFT/B(快速脈沖耐受)，surge(雷擊)，CS(傳導耐受)等等。

開關電源內外部干擾產生及耦合的機理比較復雜，牽涉到的因素很多，要解決開關電源的EMC問題，必須要具體電路具體分析，避免盲目采取接地、屏蔽、濾波等措施。要針對開關電源EMI的特點，確定主要的干擾因素(包括干擾源、耦合路徑、易感電路)，有的放矢的采取措施。具體而言，開關電源的EMC設計應按照抑制干擾源能量、破壞干擾的耦合通道并對敏感電路進行重點保護的思路進行，把好電源的輸入輸出關口，具體考慮以下幾個方面：

1、 抑制干擾源

抑制干擾源是抑制開關電源EMI的根本，是使開關電源EMI低于規定極限值的有效方法。

(1)減小功率管通、斷過程中產生的騷擾

如前所述，開關電源的主要騷擾是來自功率開關管通、斷的dv/dt.因此減小功率開關管通、斷的dv/dt是減小開關電源騷擾的重要方面。軟開關技術可以在一定程度上減小開關管通、斷的dv/dt.在研究各種變換器的EMI特性以及緩沖電路、箝位電路、變頻與定頻控制對干擾水平影響的實驗結果中表明，具有電壓箝位的零電壓定頻開關變換器的EMI電平最低。因此，采用軟開關電源技術，結合合理的元器件布置及合理的印制電路板布線，對開關電源的EMI水平有一定的改善。

(2)開關頻率調制技術

調制技術是把基帶信號變換成傳輸信號的技術。它將模擬信號抽樣量化后，以二進制數字信號1或0對光載波進行通斷調制，并進行脈沖編碼(PCM)。數字調制的優點是抗干擾能力強，中繼時噪聲及色散的影響不積累，因此可實現長距離傳輸。它的缺點是需要較寬的頻帶，設備也復雜。基帶信號是原始的電信號，一般是指基本的信號波形，在數字通信中則指相應的電脈沖。在無線遙測遙控系統和無線電技術中調制就是用基帶信號控制高頻載波的參數(振幅、頻率和相位)，使這些參數隨基帶信號變化。用來控制高頻載波參數的基帶信號稱為調制信號。未調制的高頻電振蕩稱為載波(可以是正弦波，也可以是非正弦波，如方波、脈沖序列等)。

將頻率不變的調制改為隨機調制，變頻調制。固定頻率調制脈沖產生的干擾在低頻段主要是調制頻率的諧波干擾，低頻段的干擾主要集中在各諧波點上。由f.lin提出方法[3]基本思想是通過調制開關頻率fc,把集中在fc及其諧波2fc,3fc……上的能量分散到它們周圍的頻帶上，以降低各個頻點上的emd幅值。該方法不能降低總干擾但能量被分散到頻點的基帶上，從而達到各個頻點都不超過emd規定的限值。

2、 切斷耦合通道

為了達到這個目的，主要從選擇合適的開關電源電路拓撲;采用正確的接地、屏蔽、濾波措施;設計合理的元器件布局及印制板布線等幾個方面考慮。例如，在電源的輸入輸出端加濾波器能有效的阻斷EMI 的耦合通道。在交流電輸入端加裝電源濾波器，可抑制差模噪聲和共模噪聲，濾波器應接地，因為濾波器的共模旁路電容必須在接地時才起作用。可將濾波器與金屬外殼相接或用較粗的導線將濾波器外殼與設備的接地點相連。接地阻抗越低濾波效果越好。濾波器盡量安裝在靠近電源入口處。濾波器的輸入及輸出端要盡量遠離，避免干擾信號從輸入端直接耦合到輸出端。

3、 保護敏感電路

干擾源和受擾體同時位于同一塊電路板上，應盡量將相互關聯的元器件擺放在一起以避免因器件離的太遠而造成印制線過長所帶來的干擾。開關回路面積應盡量減小而控制回路則應避開其輻射范圍放置。另外，對于開關電源來說，主要是做好機殼屏蔽，高頻變壓器屏蔽，開關管和整流二極管的屏蔽。這樣通過屏蔽干擾電路來保護敏感電路這也是非常好的方法。

四：開關電源EMI抑制技術：

除了屏蔽、接地、濾波等常用的EMI抑制技術以外，針對開關電源的特點，一些新技術，如：軟開關技術，功率管優化驅動技術、EMI濾波器設計技術和共模干擾有源抑制技術以及前文提及的開關頻率調制技術等。然而，不論任何技術，最終都是為了抑制EMI,其根本是認識開關電源EMI問題的本質。開關電源的EMI抑制技術目前還處于起步階段，在設計新的干擾抑制技術的同時，綜合運用已有的方法和技術也不失為一種好的方法。

五：結語：

開關電源EMC設計是一項復雜的課題，應該將設計思想方法與具體技術相結合，在分析開關電源EMI產生的位置、機理、強度等相關因素的基礎之上，建立有效的EMI分析設計模型，綜合運用各種手段來進行解決。目的是使電源產品滿足相應的EMC標準規定的抗擾度極限值要求，在受到一定的電磁騷擾時，無性能的下降或故障;同時還要滿足相關EMC標準規定的電磁極限值要求，對電磁環境不構成污染源，而實現電磁兼容。開關電源的EMC設計需受到電源開發工程師的認真對待和足夠的重視，必須將這一環節放到產品的設計開發階段來做，否則付出的代價將是巨大的。