分析：開(kāi)關(guān)電源EMC和濾波器電磁兼容整改問(wèn)題對策（一）

          在現當今一切的電子產(chǎn)品當中，都離不開(kāi)電源。但是，由于開(kāi)關(guān)電源效率高、體積小的壓倒性?xún)?yōu)勢，在這一切的產(chǎn)品的電源有近百分之90以上都是采用開(kāi)關(guān)電源停止電壓適配，當然另外也有一些LDO。這樣的話(huà)效率、體積或者是功用是到達了開(kāi)發(fā)人的請求，但是在過(guò)認證（EN55022、FCC part 15、GB9254）的時(shí)候就會(huì )發(fā)現EMC會(huì )帶來(lái)很多的困擾，例如，空間輻射測試不過(guò)，傳導輻射測試不過(guò)、雷擊浪涌、脈沖群……常常會(huì )由于這些問(wèn)題的存在招致認證過(guò)程的延誤，致產(chǎn)品延緩上市卻不能搶占市場(chǎng)。鑒于此，特搜集整理了一些關(guān)于開(kāi)關(guān)電源EMI整改問(wèn)題對策，供各位參考學(xué)習。如有任何問(wèn)題或者疑問(wèn)，大家都能夠來(lái)信一同討論。

開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理及其傳播途徑

Flyback架構noise在頻譜上的反應：

0.15MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾；0.2MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的4次諧波和Mosfet振蕩2（190.5KHz）基波的迭加，引起的干擾；所以這部分較強；0.25MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾；0.35MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾；0.39MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的8次諧波和Mosfet振蕩2（190.5KHz）基波的迭加引起的干擾；1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diode振蕩1（1.31MHz）的基波引起的干擾；3.3MHz處產(chǎn)生的振蕩是Mosfet振蕩1（3.3MHz）的基波引起的干擾；開(kāi)關(guān)管、整流二極管的振蕩會(huì )產(chǎn)生較強的干擾

設計開(kāi)關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施：

1.把噪音電路節點(diǎn)的PCB銅箔面積*大限度地減小，如開(kāi)關(guān)管的漏極、集電極、初次級繞組的節點(diǎn)等；

2.使輸入和輸出端遠離噪音元件，如變壓器線(xiàn)包、變壓器磁芯、開(kāi)關(guān)管的散熱片等等；

3.使噪音元件（如未遮蔽的變壓器線(xiàn)包、未遮蔽的變壓器磁芯和開(kāi)關(guān)管等等）遠離外殼邊緣，因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線(xiàn)；

4.如果變壓器沒(méi)有使用電場(chǎng)屏蔽，要保持屏蔽體和散熱片遠離變壓器；

5.盡量減小以下電流環(huán)的面積：次級（輸出）整流器、初級開(kāi)關(guān)功率器件、柵極（基極）驅動(dòng)線(xiàn)路、輔助整流器

6.不要將門(mén)極（基極）的驅動(dòng)返饋環(huán)路和初級開(kāi)關(guān)電路或輔助整流電路混在一起；

7.調整優(yōu)化阻尼電阻值，使它在開(kāi)關(guān)的死區時(shí)間里不產(chǎn)生振鈴響聲；

8.防止EMI濾波電感飽和；

9.使拐彎節點(diǎn)和次級電路的元件遠離初級電路的屏蔽體或者開(kāi)關(guān)管的散熱片；

10.保持初級電路的擺動(dòng)的節點(diǎn)和元件本體遠離屏蔽或者散熱片；

11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端；

12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線(xiàn)端子；

13.使EMI濾波器對面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離；

14.在輔助線(xiàn)圈的整流器的線(xiàn)路上放一些電阻；

15.在磁棒線(xiàn)圈上并聯(lián)阻尼電阻；

16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻；

17.在PCB設計時(shí)允許放1nF/500V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間；

18.保持EMI濾波器遠離功率變壓器，尤其是避免定位在繞包的端部；

19.在PCB面積足夠的情況下,可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端；

20.空間允許的話(huà)在開(kāi)關(guān)功率場(chǎng)效應管的漏極和門(mén)極之間放一個(gè)小徑向引線(xiàn)電容器（米勒電容，10皮法/1千伏電容）；

21.空間允許的話(huà)放一個(gè)小的RC阻尼器在直流輸出端；

22.不要把AC插座與初級開(kāi)關(guān)管的散熱片靠在一起。

開(kāi)關(guān)電源EMI的特點(diǎn)：

作為工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的能量轉換裝置，開(kāi)關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強度較大；干擾源主要集中在功率開(kāi)關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對于數字電路干擾源的位置較為清楚；開(kāi)關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數兆赫茲），主要的干擾形式是傳導干擾和近場(chǎng)干擾；而印刷線(xiàn)路板(PCB)走線(xiàn)通常采用手工布線(xiàn)，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數的提取和近場(chǎng)干擾估計的難度。

1MHZ以?xún)?---以差模干擾為主，增大X電容就可解決；

1MHZ---5MHZ---差模共?；旌?，采用輸入端并一系列X電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并解決；

5M以上---以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法。對于外殼接地的，在地線(xiàn)上用一個(gè)磁環(huán)繞2圈會(huì )對10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006)；

對于25--30MHZ不過(guò)可以采用加大對地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCBLAYOUT、輸出線(xiàn)前面接一個(gè)雙線(xiàn)并繞的小磁環(huán)，*少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器；

30---50MHZ---普遍是MOS管高速開(kāi)通關(guān)斷引起，可以用增大MOS驅動(dòng)電阻，RCD緩沖電路采用1N4007慢管，VCC供電電壓用1N4007慢管來(lái)解決；

100---200MHZ---普遍是輸出整流管反向恢復電流引起，可以在整流管上串磁珠；100MHz-200MHz之間大部分出于PFCMOSFET及PFC二極管，現在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果，水平方向基本可以解決問(wèn)題，但垂直方向就很無(wú)奈了。開(kāi)關(guān)電源的輻射一般只會(huì )影響到100M以下的頻段，也可以在MOS、二極管上加相應吸收回路，但效率會(huì )有所降低。

1MHZ以?xún)?---以差模干擾為主

1.增大X電容量；2.添加差模電感；3.小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。

1MHZ---5MHZ---差模共?；旌?/span>

采用輸入端并聯(lián)一系列X電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并以解決。1.對于差模干擾超標可調整X電容量，添加差模電感器，調差模電感量；2.對于共模干擾超標可添加共模電感，選用合理的電感量來(lái)抑制；3.也可改變整流二極管特性來(lái)處理一對快速二極管如FR107一對普通整流二極管1N4007。

5M以上---以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法

對于外殼接地的，在地線(xiàn)上用一個(gè)磁環(huán)串繞2-3圈會(huì )對10MHZ以上干擾有較大的衰減作用；也可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔，銅箔閉環(huán)。處理后端輸出整流管的吸收電路和初級大電路并聯(lián)電容的大小。

對于20--30MHZ

1.對于一類(lèi)產(chǎn)品可以采用調整對地Y2電容量或改變Y2電容位置；2.調整一二次側間的Y1電容位置及參數值；3.在變壓器外面包銅箔、變壓器*里層加屏蔽層，調整變壓器的各繞組的排布；4.改變PCBLAYOUT；5.輸出線(xiàn)前面接一個(gè)雙線(xiàn)并繞的小共模電感；6.在輸出整流管兩端并聯(lián)RC濾波器且調整合理的參數；7.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE；8.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容；9.可以用增大MOS驅動(dòng)電阻。

30---50MHZ普遍是MOS管高速開(kāi)通關(guān)斷引起

1.可以用增大MOS驅動(dòng)電阻；

2.RCD緩沖電路采用1N4007慢管；

3.VCC供電電壓用1N4007慢管來(lái)解決；

4.或者輸出線(xiàn)前端串接一個(gè)雙線(xiàn)并繞的小共模電感；

5.在MOSFET的D-S腳并聯(lián)一個(gè)小吸收電路；

6.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE；

7.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容；

8.PCB心LAYOUT時(shí)大電解電容，變壓器，MOS構成的電路環(huán)盡可能的??；

9.變壓器，輸出二極管，輸出平波電解電容構成的電路環(huán)盡可能的小。

50---100MHZ普遍是輸出整流管反向恢復電流引起

1.可以在整流管上串磁珠；

2.調整輸出整流管的吸收電路參數；

3.可改變一二次側跨接Y電容支路的阻抗，如PIN腳處加BEADCORE或串接適當的電阻；

4.也可改變MOSFET，輸出整流二極管的本體向空間的輻射（如鐵夾卡MOSFET，鐵夾卡DIODE，改變散熱器的接地點(diǎn)）；

5.增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射。

200MHZ以上開(kāi)關(guān)電源已基本輻射量很小，一般可過(guò)EMI標準。

傳導方面EMI對策：

傳導冷機時(shí)在0.15-1MHZ超標，熱機時(shí)就有7DB余量。主要原因是初級BULK電容DF值過(guò)大造成的，冷機時(shí)ESR比較大，熱機時(shí)ESR比較小，開(kāi)關(guān)電流在ESR上形成開(kāi)關(guān)電壓，它會(huì )壓在一個(gè)電流LN線(xiàn)間流動(dòng)，這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個(gè)電解電容之間加一個(gè)差模電感.........

EMC硬件設計規范與濾波器使用注意事項

硬件EMC規范講解：

電磁干擾的三要素是干擾源、干擾傳輸途徑、干擾接收器。EMC就圍繞這些問(wèn)題進(jìn)行研究。*基本的干擾抑制技術(shù)是屏蔽、濾波、接地。它們主要用來(lái)切斷干擾的傳輸途徑。廣義的電磁兼容控制技術(shù)包括抑制干擾源的發(fā)射和提高干擾接收器的敏感度，但已延伸到其他學(xué)科領(lǐng)域。

本規范重點(diǎn)在單板的EMC設計上，附帶一些必須的EMC知識及法則。在印制電路板設計階段對電磁兼容考慮將減少電路在樣機中發(fā)生電磁干擾。問(wèn)題的種類(lèi)包括公共阻抗耦合、串擾、高頻載流導線(xiàn)產(chǎn)生的輻射和通過(guò)由互連布線(xiàn)和印制線(xiàn)形成的回路拾取噪聲等。

在高速邏輯電路里，這類(lèi)問(wèn)題特別脆弱，原因很多：

1、電源與地線(xiàn)的阻抗隨頻率增加而增加，公共阻抗耦合的發(fā)生比較頻繁；

2、信號頻率較高，通過(guò)寄生電容耦合到步線(xiàn)較有效，串擾發(fā)生更容易；

3、信號回路尺寸與時(shí)鐘頻率及其諧波的波長(cháng)相比擬，輻射更加顯著(zhù)。

4、引起信號線(xiàn)路反射的阻抗不匹配問(wèn)題。

一、高頻開(kāi)關(guān)電源的電路結構

高頻開(kāi)關(guān)電源的主拓撲電路原理，如圖1所示。

二、高頻開(kāi)關(guān)電源電磁騷擾源的分析

在圖1a電路中的整流器、功率管Q1，在圖1b電路中的功率管Q2～Q5、高頻變壓器T1、輸出整流二極管D1～D2都是高頻開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)產(chǎn)生電磁騷擾的主要騷擾源，具體分析如下。

（1）整流器整流過(guò)程產(chǎn)生的高次諧波會(huì )沿著(zhù)電源線(xiàn)產(chǎn)生傳導騷擾和輻射騷擾。

（2）開(kāi)關(guān)功率管工作在高頻導通和截止的狀態(tài)，為了降低開(kāi)關(guān)損耗，提高電源功率密度和整體效率，開(kāi)關(guān)管的打開(kāi)和關(guān)斷的速度越來(lái)越快，一般在幾微秒，開(kāi)關(guān)管以這樣的速度打開(kāi)和關(guān)斷，形成了浪涌電壓和浪涌電流，會(huì )產(chǎn)生高頻高壓的尖峰諧波，對空間和交流輸入線(xiàn)形成電磁騷擾。

（3）高頻變壓器T1進(jìn)行功率變換的同時(shí)，產(chǎn)生了交變的電磁場(chǎng)，向空間輻射電磁波，形成了輻射騷擾。變壓器的分布電感和電容產(chǎn)生振蕩，并通過(guò)變壓器初次級之間的分布電容耦合到交流輸入回路，形成傳導騷擾。

（4）在輸出電壓比較低的情況下，輸出整流二極管工作在高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，也是一種電磁騷擾源。

由于二極管的引線(xiàn)寄生電感、結電容的存在以及反向恢復電流的影響，使之工作在很高的電壓和電流變化率下，二極管反向恢復的時(shí)間越長(cháng)，則尖峰電流的影響也越大，騷擾信號就越強，由此產(chǎn)生高頻衰減振蕩，這是一種差模傳導騷擾。

所有產(chǎn)生的這些電磁信號，通過(guò)電源線(xiàn)、信號線(xiàn)、接地線(xiàn)等金屬導線(xiàn)傳輸到外部電源形成傳導騷擾。通過(guò)導線(xiàn)和器件輻射或通過(guò)充當天線(xiàn)的互連線(xiàn)輻射的騷擾信號造成輻射騷擾。