最通俗理解開關電源電磁干擾分析

　　先簡單介紹一下下EMI：EMI翻譯成中文就是電磁干擾。其實所有的電器設備，都會有電磁干擾。只不過嚴重程度各有不同。電磁干擾會影響各種電器設備的正常工作，會干擾通信數據的正常傳遞，雖然對人體的傷害尚無定論，但是普遍認為對人體不利。所以很多國家和地區對電器的電磁干擾程度有嚴格的規定。當然電源也不例外的，所以我們有理由好好了解EMI以及其抑制方法。

　　下面結合一些專家的文獻來描述EMI。

　　首先EMI 有三個基本面

　　噪音源：發射干擾的源頭， 如同傳染病的傳染源；

　　耦合途徑：傳播干擾的載體，如同傳染病傳播的載體，食物，水，空氣等等；

　　接收器：被干擾的對象，被傳染的人。

　　缺少一樣，電磁干擾就不成立了。所以，降低電磁干擾的危害，也有三種辦法：

　　1、從源頭抑制干擾。

　　2、切斷傳播途徑

　　3、增強抵抗力，這個就是所謂的EMC（電磁兼容）

　　解釋以下名詞：

　　傳導干擾：也就是噪音通過導線傳遞的方式。

　　輻射干擾：也就是噪音通過空間輻射的方式傳遞。

　　差模干擾：由于電路中的自身電勢差，電流所產成的干擾，比如火線和零線，正極和負極。

　　共模干擾：由于電路和大地之間的電勢差，電流所產生的干擾。

　　通常我們去實驗室測試的項目：

　　傳導發射：測試你的電源通過傳導發射出去的干擾是否合格。

　　輻射發射：測試你的電源通過輻射發射出去的干擾是否合格。

　　傳導抗擾：在具有傳導干擾的環境中，你的電源能否正常工作。

　　輻射抗擾：在具有輻射干擾的環境中，你的電源能否正常工作。

　　首先來看，噪音的源頭：

　　任何周期性的電壓和電流都能通過傅立葉分解的方法，分解為各種頻率的正弦波。

　　所以在測試干擾的時候，需要測試各種頻率下的噪音強度。

　　那么在開關電源中，這些噪音的來源是什么呢？

　　開關電源中，由于開關器件在周期性的開合，所以，電路中的電流和電壓也是周期性的在變化。那么那些變化的電流和電壓，就是噪音的真正源頭。那么有人可能會問，我的開關頻率是100KHz的，但是為什么測試出來的噪音，從幾百K到幾百M都有呢？

　　我們把同等有效值，同等頻率的各種波形做快速傅立葉分析：

　　藍色： 正弦波

　　綠色： 三角波

　　紅色： 方波

　　可以看到，正弦波只有基波分量，但是三角波和方波含有高次諧波，諧波最大的是方波。

　　也就是說如果電流或者電壓波形，是非正弦波的信號，都能分解出高次諧波。

　　那么如果同樣的方波，但是上升下降時間不同，會怎樣呢。

　　同樣是100KHz的方波

　　紅色：上升下降時間都為100ns

　　綠色：上升下降時間都為500ns

　　可以看到紅色的高次諧波明顯大于綠色。

　　我們繼續分析下面兩種波形，

　　A：有嚴重高頻震蕩的方波， 比如MOS，二極管上的電壓波形。

　　B：用吸收電路，把方波的高頻振蕩吸收一下。

　　分別做快速傅立葉分析：

　　可以看到在振蕩頻率（大概30M）之后，A波形的諧波，要大于B波形。

　　再來看，下面的波形，一個是具有導通尖峰的電流波形，一個沒有導通尖峰。

　　對兩個波形做傅立葉分析：

　　可以看到紅色波形的高次諧波，要大于綠色波形，繼續對兩個波形，作分析

　　紅色: 固定頻率的信號，綠色：具有稍微頻率抖動的信號

　　可以看到，頻率抖動，可以降低低頻段能量。進一步，放大低頻段的頻譜能量：

　　可以看到，頻率抖動就是把頻譜能量分散了，而固定頻率的頻譜能量，集中在基波的諧波頻率點，所以峰值比較高，容易超標。

　　最后稍微總結一下，如果從源頭來抑制EMI。

　　1、對于開關頻率的選擇，比如傳導測試150K-30M,那么在條件容許的情況下，可選擇130K之類的開關頻率，這樣基波頻率可以避開測試；

　　2、采用頻率抖動的技術。頻率抖動可以分散能量，對低頻段的EMI有好處；

　　3、適當降低開關速度，降低開關速度，可以降低開關時刻的di/dt,dv/dt。對高頻段的EMI有好處；

　　4、采用軟開關技術，比如PSFB，AHB之類的ZVS可以降低開關時刻的di/dt,dv/dt。對高頻段的EMI有好處。而LLC等諧振技術，可以讓一些波形變成正弦波，進一步降低EMI；

　　5、對一些振蕩尖峰做吸收，這些管子上的振蕩，往往頻率很高，會發射很大的EMI；

　　6、采用反向恢復好的二極管，二極管的反向恢復電流，不但會帶來高di/dt.還會和漏感等寄生電感共同造成高的dv/dt。

　　但事實上，開關電源是EMI發射源無法根本解決。而且一些從源頭抑制EMI的方法同時會降低效率，所以從傳播途徑來抑制EMI顯得尤為重要。

　　下面來看一下傳播途徑，這個是poon Pong 兩位教授總結的傳播途徑，比較的直觀全面。