EMI抑制方法分析研究

研究方向：

* 四種抑制開關管及二極管EMI的方法

解決方案：

* 并聯RC吸收電路和串聯可飽和磁芯線圈主要抑制高電壓和浪涌電流

* 準諧振技術主要減小開關管上的開關損耗并抑制其電磁干擾

* LLC串聯諧振技術可以抑制開關管及二極管EMI

摘要：隨著電子技術的不斷進步,開關電源向高頻化、高效化方向迅猛發展，EMI抑制已成為開關電源設計的重要指標。本文結合開關電源中開關管及二極管EMI產生機理，列舉出：并接吸收電路、串接可飽和磁芯線圈、傳統準諧振技術、LLC串聯諧振技術四種抑制EMI的方法，并對其抑制效果進行比較分析。

1 引言

電磁干擾( EMI) 就是電磁兼容不足,是破壞性電磁能從一個電子設備通過傳導或輻射到另一個電子設備的過程。近年來，開關電源以其頻率高、效率高、體積小、輸出穩定等優點而迅速發展起來。開關電源已逐步取代了線性穩壓電源，廣泛應用于計算機、通信、自控系統、家用電器等領域。但是由于開關電源工作在高頻狀態及其高di/dt 和高dv/dt，使開關電源存在非常突出的缺點——容易產生比較強的電磁干擾(EMI)信號。EMI信號不但具有很寬的頻率范圍，還具有一定的幅度，經傳導和輻射會污染電磁環境，對通信設備和電子產品造成干擾。所以，如何降低甚至消除開關電源中的EMI問題已經成為開關電源設計師們非常關注的問題。本文著重介紹開關電源中開關管及二極管EMI的四種抑制方法。

2 開關管及二極管EMI產生機理

開關管工作在硬開關條件下開關電源自身產生電磁干擾的根本原因，就是在其工作過程中的開關管的高速開關及整流二極管的反向恢復產生高 di/dt和高dv/dt，它們產生的浪涌電流和尖峰電壓形成了干擾源。開關管工作在硬開關時還會產生高di/dt和高dv/dt，從而產生大的電磁干擾。圖1繪出了接感性負載時，開關管工作在硬開關條件下的開關管的開關軌跡，圖中虛線為雙極性晶體管的安全工作區，如果不改善開關管的開關條件，其開關軌跡很可能會超出安全工作區，導致開關管的損壞。由于開關管的高速開關，使得開關電源中的高頻變壓器或儲能電感等感性負載在開關管導通的瞬間，迫使變壓器的初級出現很大的浪涌電流，將造成尖峰電壓。開關管在截止期間，高頻變壓器繞組的漏感引起的電流突變，從而產生反電勢E=-Ldi/dt，其值與電流變化率(di/dt)成正比，與漏感量成正比，疊加在關斷電壓上形成關斷電壓尖峰，從而形成電磁干擾。此外，開關管上的反向并聯二極管的反向恢復特性不好，或者電壓尖峰吸收電路的參數選擇不當也會造成電磁干擾。由整流二極管的反向恢復引起的干擾源有兩個，它們分別是輸入整流二極管和輸出整流二極管。它們都是由電流的換向引起的干擾。由圖2表明，t0=0時二極管導通，二極管的電流迅速增大，但是其管壓降不是立即下降，而會出現一個快速的上沖。其原因是在開通過程中，二極管PN結的長基區注入足夠的少數載流子，發生電導調制需要一定的時間tr。該電壓上沖會導致一個寬帶的電磁噪聲。而在關斷時，存在于PN結長基區的大量過剩少數載流子需要一定時間恢復到平衡狀態從而導致很大的反向恢復電流。當t=t1時，PN結開始反向恢復，在t1-t2時間內，其他過剩載流子依靠復合中心復合，回到平衡狀態。這時管壓降又出現一個負尖刺。通常t2《t1，所以該尖峰是一個非常窄的尖脈沖，產生的電磁噪聲比開通時還要強。因此，整流二極管的反向恢復干擾也是開關電源中的一個重要干擾源。

3 EMI抑制方法

di/dt和dv/dt是開關電源自身產生電磁干擾的關鍵因素，減小其中的任何一個都可以減小開關電源中的電磁干擾。由上述可知，di /dt和dv/dt主要是由開關管的快速開關及二極管的反向恢復造成的。所以，如果要抑制開關電源中的EMI就必須解決開關管的快速開關及二極管的反向恢復所帶來的問題。

3.1 并接吸收裝置

采取吸收裝置是抑制電磁干擾的好辦法。吸收電路的基本原理就是開關在斷開時為開關提供旁路，吸收蓄積在寄生分布參數中的能量，從而抑制干擾發生。常用的吸收電路有RC、RCD。此類吸收電路的優點就是結構簡單、價格便宜、便于實施，所以是常用的抑制電磁干擾的方法。

（1）并接RC電路

在開關管T兩端加RC吸收電路,如圖3所示。在二次整流回路中的整流二極管D兩端加RC吸收電路,如圖5所示,抑制浪涌電流。

（2）并接RCD電路

在開關管T 兩端加RCD吸收電路,如圖4所示。

3.2 串接可飽和磁芯線圈

二次整流回路中,與整流二極管D串接可飽和磁芯的線圈,如圖5所示。可飽和磁芯線圈在通過正常電流 時磁芯飽和,電感量很小,不會影響電路正常上作。一旦電流要反向時,磁芯線圈將產生很大的反電動勢,阻止反向電流的上升。因此，將它與二極管D串聯就能有效地抑制二極管D的反向浪涌電流。