綜述開關電源EMC產(chǎn)生機理及其對策

測量;

　　測量頻率范圍：GB規(guī)定的測量范圍為30MHz ~ 1GHz，隨著時鐘頻率的升高，有擴展到18GHz的趨勢，GJB規(guī)定的測量頻率范圍為10kHz ~ 18GHz。

　　EUT的布置：GB和GJB都要求EUT按照實際工作狀態(tài)布置(互聯(lián)電纜和所連接的外部設備全部按實際狀態(tài)連接)，GB要求EUT放置在木制測試臺上，GJB要求EUT放置在金屬板上。距離地面的距離為0.8米;

　　檢波方式：干擾測量儀的讀數(shù)與檢波方式有關，因此標準中都明確規(guī)定檢波方式，GB要求準峰值檢波，GJB要求峰值檢波;

　　最大輻射點：與處理電磁兼容問題的原則相同，僅關心最壞情況。因此，以EUT的最大輻射值為測量結果。最大輻射值的含義有4個，第一：EUT的工作狀態(tài)處于最大輻射狀態(tài)，第二：EUT最大輻射面對著天線，第三：天線的極化方向為接收最大場強的方向，第四：天線的高度為接收最大場強的位置。GJB中，沒有第四點的要求，即，天線的高度是固定的。

　　GB(中國國家標準)：基本采用CISPR和IEC標準，目前已發(fā)布57個。

　　GJB(中國軍用標準)：基本采用美軍標，例如GJB151A = MIL-STD –461D。

　　測量設備：

　　騷擾測量設備：用來定量計量騷擾強度的設備，可以是EMI測量接收機，也可以是頻譜分析儀，頻率范圍要覆蓋150KHz~30MHz，具有峰值、準峰值和平均值檢波功能。

　　線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(LISN)：由于電源端子傳導發(fā)射的強度與電網(wǎng)的阻抗有關，因此為了使測量具有唯一性，必須在特定的阻抗條件下測量，LISN就提供了這樣一個環(huán)境，GB9254標準中使用的LISN為50Ω/50μH。

　　接地平板：受試設備要放置在接地金屬板上進行試驗，該金屬板比被測設備邊框大0.5米，最小尺寸為2m×2m。

　　電快速脈沖試驗模擬電網(wǎng)中的感性負載斷開時產(chǎn)生的干擾。這種干擾不僅會出現(xiàn)在電源線上，而且會耦合到信號線上。因此，這個試驗要對電源線和信號線做。設備能夠通過浪涌試驗，并不意味著也能通過電快速脈沖試驗。一方面是因為后者的頻率成份遠高于前者，具備不同的干擾機理，令一方面是因為電快速脈沖試驗中施加的干擾是重復性，這對電路具有一種積分效應，是電路中的積分型抗干擾電路實效。

　　頻譜分析儀能夠快速地在較寬的頻率范圍內(nèi)掃描，因此是診斷電磁干擾發(fā)射的方便工具。使用頻譜分析儀時需要注意的問題：頻譜分析儀不能觀測瞬間干擾，如靜電放電、雷電等;頻譜分析儀的掃描時間不能設置得太短，即不能使掃描速度太快;從頻譜分析儀屏幕上讀取頻率與幅度數(shù)據(jù)時，其精度與頻譜儀的掃描范圍有關，范圍越窄，精度越高;當輸入信號過大時，頻譜分析儀會發(fā)生過載，使讀取的幅度數(shù)據(jù)比實際的小，用輸入衰減器可以避免過載;減小頻譜儀的中頻帶寬可以提高儀器的靈敏度(和選擇性)，但掃描時間會更長;寬帶信號的幅度會隨著中頻分辨帶寬的增加而增加。

　　電磁干擾(EMI)接收機是另一種測量電磁干擾的設備，許多人在選購儀器時搞不懂接收機與頻譜儀之間的區(qū)別，下面做一簡單比較：

　　所有的接收機都標準配置預選器(頻譜儀需要選配)，能夠有效地抑制帶外噪聲;所有的接收機用基頻混頻方式(頻譜儀使用基頻和諧頻混頻)，具有較高的靈敏度;接收機的中頻濾波器為矩形(頻譜儀的中頻濾波器為高斯形)，具有更好的選擇性;接收機適合于正式測量，不適合于診斷。

　　EMC試驗室有華測(CTI)、SGS、信測、信華、華通威、冠準、莫特、廣州ETL、廣州五所、東莞經(jīng)續(xù)、東莞沃特、厚街北南、長安世鴻、長安碩信(ATT)、大朗信寶、塘夏歐標、摩爾實驗室、經(jīng)續(xù)檢驗技術有限公司等。像美國的FCC只測EMI中的輻射和傳導，不測EMS。有些國家EMI和EMS是分開測的，有些國家是一起像CCC認證CE認證?，F(xiàn)在很多電器類產(chǎn)品做CE還要加測電磁波騷擾EMF，標準是EN-50336。電源EMI技術就算能達到標準，有的產(chǎn)品要求要達一定的濕度測試。在深圳濕試控制都比較難做。深圳幾家大實驗室，都比較難，空間問題。EMI不只包括傳導，輻射，電流諧波與電壓閃爍也是EMI的部分。諧波和閃爍是設備對外的，而不是外界對設備的，所以是EMI，不是EMS。

　　開關電源電磁干擾的產(chǎn)生機理及其傳播途徑

　　功率開關器件的高額開關動作是導致開關電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導致了更為嚴重的EMI問題。開關電源工作時，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時間內(nèi)上升和下降的，因此，開關電源本身是一個噪聲發(fā)生源。開關電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：

　　1、二極管的反向恢復時間引起的干擾

　　交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動電壓，經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷鳎娙蓦娏鞯牟ㄐ尾皇钦也ǘ敲}沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。

　　高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，由于PN結中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。

　　2、開關管工作時產(chǎn)生的諧波干擾

　　功率開關管在導通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開關時,這種諧 波干擾將會很小。另外,功率開關管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產(chǎn)生 尖峰干擾。

　　3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

　　無工頻變壓器的開關電源輸入端整流管在反向恢復期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

　　4、其他原因

　　元器件的寄生參數(shù)，開關電源的原理圖設計不夠完美，印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。

　　Flyback 架構noise 在頻譜上的反應

　　0.15 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關頻率的3次諧波引起的干擾。

　　0.2 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關頻率的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。

　　0.25 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關頻率的5次諧波引起的干擾;

　　0.35 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關頻率的7次諧波引起的干擾;

　　0.39 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關頻率的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;

　　3.3 MHz處產(chǎn)生的振蕩是MOSFET 振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾;

　　開關管、整流二極管的振蕩會產(chǎn)生較強的干擾

　　設計開關電源時防止EMI的措施:

　　1.把噪音電路節(jié)點的PCB銅箔面積最大限度地減小;如開關管的漏極、集電極，初次級繞組的節(jié)點，等。

　　2.使輸入和輸出端遠離噪音元件，如變壓器線包，變壓器磁芯，開關管的散熱片，等等。

　　3. 使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線包，未遮蔽的變壓器磁芯，和開關管，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。

　　4. 如果變壓器沒有使用電場屏蔽，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，初級開關功率器件，柵極(基極)驅(qū)動線路，輔助整流器。

　　6.不要將門極(基極)的驅(qū)動返饋環(huán)路和初級開關電路或輔助整流電路混在一起。

　　7.調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值，使它在開關的死區(qū)時間里不產(chǎn)生振鈴響聲。

　　8. 防止EMI濾波電感飽和。

　　9.使拐彎節(jié)點和 次級電路的元件遠離初級電路的屏蔽體或者開關管的散熱片。

　　10.保持初級電路的擺動的節(jié)點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.在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻。

　　15.在磁棒線圈上并聯(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設計時允許放1nF/ 500 V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.空間允許的話在開