工程師教你開關電源電磁兼容設計全過程（圖）

正確了解和把握開關電源的電磁干擾源及其產生機理和干擾傳播途徑，對于采取何種抗干擾措施以使設備滿足電磁兼容要求非常重要。由于干擾源有開關電源內部產生的干擾源和外部的干擾源，而且可以說干擾源無法消除，受擾設備也總是存在，因此可以說電磁兼容問題總是存在。下面以隔離式DC/DC變換器為例，討論開關電源的電磁兼容性設計：

1. DC/DC變換器輸入濾波電路的設計

如圖所示，FV1為瞬態電壓抑制二極管，RV1為壓敏電阻，都具有很強的瞬變浪涌電流的吸收能力，能很好的保護后級元件或電路免遭浪涌電壓的破壞。Z1為直流EMI濾波器，必須良好接地，接地線要短，最好直接安裝在金屬外殼上，還要保證其輸入、輸出線之間的屏蔽隔離，才能有效的切斷傳導干擾沿輸入線的傳播和輻射干擾沿空間的傳播。L1、C1組成低通濾波電路，當L1電感值較大時，還需增加如圖所示的V1和R1元件，形成續流回路吸收L1斷開時釋放的電場能，否則L1產生的電壓尖峰就會形成電磁干擾，電感L1所使用的磁芯最好為閉合磁芯，帶氣隙的開環磁芯的漏磁場會形成電磁干擾，C1的容量較大為好，這樣可以減小輸入線上的紋波電壓，從而減小輸入導線周圍形成的電磁場。

DC/DC變換器輸入濾波電路

時，會形成電壓尖峰，同時當它工作在飽和狀態時，將會產生電流突變，這些都會引起電磁干擾。

2.高頻逆變電路的電磁兼容設計

如圖所示，C2、C3、V2、V3組成的半橋逆變電路，V2、V3為IGBT、MOSFET等開關元件，在V2、V3開通和關斷時，由于開關時間很快以及引線電感、變壓器漏感的存在，回路會產生較高的di/dt、dv/dt突變，從而形成電磁干擾，為此在變壓器原邊兩端增加R4、C4構成的吸收回路，或在V2、V3兩端分別并聯電容器C5、C6，并縮短引線，減小ab、cd、gh、ef的引線電感。在設計中，C4、C5、C6一般采用低感電容，電容器容量的大小取決于引線電感量、回路中電流值以及允許的過沖電壓值的大小，LI2/2=C△V2/2公式求得C的大小，其中L為回路電感，I為回路電流，△V為過沖電壓值。為減小△V，就必須減小回路引線電感值，為此在設計時常使用一種叫“多層低感復合母排”的裝置，由我所申請專利的該種母排裝置能將回路電感降低到足夠小，達10nH級，從而達到減小高頻逆變回路電磁干擾的目的。

開關管電流、電壓波形比較圖從電磁兼容性設計角度考慮，應盡量降低開關管V2、V3的開關頻率，從而降低di/dt、dv/dt值。另外使用ZCS或ZVS軟開關變換技術能有效降低高頻逆變回路的電磁干擾。在大電流或高電壓下的快速開關動作是產生電磁噪聲的根本，因此盡可能選用產生電磁噪聲小的電路拓撲，如在同等條件下雙管正激拓撲比單管正激拓撲產生電磁噪聲要小，全橋電路比半橋電路產生電磁噪聲要小。如圖所示增加吸收電路后開關管上的電流、電壓波形與沒有吸收回路時的波形比較。

半橋逆變電路

3.高頻變壓器的電磁兼容設計

在高頻變壓器T1的設計時，盡量選用電磁屏蔽性較好的磁芯材料。如圖所示，C7、C8為匝間耦合電路，C11為繞組間耦合電容，在變壓器繞制時，盡量減小分布電容C11，以減小變壓器原邊的高頻干擾耦合到次邊繞組。另外為進一步減小電磁干擾，可在原、次邊繞組間增加一個屏蔽層，屏蔽層良好接地，這樣變壓器原、次邊繞組對屏蔽層間就形成耦合電容C9、C10，高頻干擾電流就通過C9、C10流到大地。由于變壓器是一個發熱元件，較差的散熱條件必然導致變壓器溫度升高，從而形成熱輻射，熱輻射是以電磁波形式對外傳播，因此變壓器必須有很好的散熱條件。通常將高頻變壓器封裝在一個鋁殼盒內，鋁盒還可安裝在鋁散熱器上，并灌注電子硅膠，這樣變壓器即可形成較好的電磁屏蔽，還可保證有較好的散熱效果，減小電磁輻射。

高頻變壓器的電磁兼容設計4. 輸出整流電路電磁兼容設計

如圖所示為輸出半波整流電路，V6為整流二極管，V7為續流二極管，由于V6、V7工作于高頻開關狀態，因此輸出整流電路的電磁干擾源主要是V6和V7，R5、C12和R6、C13分別連接成V6、V7的