最通俗理解開關(guān)電源電磁干擾分析

　　先簡(jiǎn)單介紹一下下EMI：EMI翻譯成中文就是電磁干擾。其實(shí)所有的電器設(shè)備，都會(huì)有電磁干擾。只不過(guò)嚴(yán)重程度各有不同。電磁干擾會(huì)影響各種電器設(shè)備的正常工作，會(huì)干擾通信數(shù)據(jù)的正常傳遞，雖然對(duì)人體的傷害尚無(wú)定論，但是普遍認(rèn)為對(duì)人體不利。所以很多國(guó)家和地區(qū)對(duì)電器的電磁干擾程度有嚴(yán)格的規(guī)定。當(dāng)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(jié)合一些專家的文獻(xiàn)來(lái)描述EMI。

　　首先EMI 有三個(gè)基本面

　　噪音源：發(fā)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(duì)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(qiáng)抵抗力，這個(gè)就是所謂的EMC（電磁兼容）

　　解釋以下名詞：

　　傳導(dǎo)干擾：也就是噪音通過(guò)導(dǎo)線傳遞的方式。

　　輻射干擾：也就是噪音通過(guò)空間輻射的方式傳遞。

　　差模干擾：由于電路中的自身電勢(shì)差，電流所產(chǎn)成的干擾，比如火線和零線，正極和負(fù)極。

　　共模干擾：由于電路和大地之間的電勢(shì)差，電流所產(chǎn)生的干擾。

　　通常我們?nèi)?shí)驗(yàn)室測(cè)試的項(xiàng)目：

　　傳導(dǎo)發(fā)射：測(cè)試你的電源通過(guò)傳導(dǎo)發(fā)射出去的干擾是否合格。

　　輻射發(fā)射：測(cè)試你的電源通過(guò)輻射發(fā)射出去的干擾是否合格。

　　傳導(dǎo)抗擾：在具有傳導(dǎo)干擾的環(huán)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(huán)境中，你的電源能否正常工作。

　　首先來(lái)看，噪音的源頭：

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

　　所以在測(cè)試干擾的時(shí)候，需要測(cè)試各種頻率下的噪音強(qiáng)度。

　　那么在開關(guān)電源中，這些噪音的來(lái)源是什么呢？

　　開關(guān)電源中，由于開關(guān)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(huì)問(wèn)，我的開關(guān)頻率是100KHz的，但是為什么測(cè)試出來(lái)的噪音，從幾百K到幾百M(fèi)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(lán)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(shuō)如果電流或者電壓波形，是非正弦波的信號(hào)，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(shí)間不同，會(huì)怎樣呢。

　　同樣是100KHz的方波

　　紅色：上升下降時(shí)間都為100ns

　　綠色：上升下降時(shí)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(xù)分析下面兩種波形，

　　A：有嚴(yán)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(lái)看，下面的波形，一個(gè)是具有導(dǎo)通尖峰的電流波形，一個(gè)沒(méi)有導(dǎo)通尖峰。

　　對(duì)兩個(gè)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(xù)對(duì)兩個(gè)波形，作分析

　　紅色: 固定頻率的信號(hào)，綠色：具有稍微頻率抖動(dòng)的信號(hào)

　　可以看到，頻率抖動(dòng)，可以降低低頻段能量。進(jìn)一步，放大低頻段的頻譜能量：

　　可以看到，頻率抖動(dòng)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(diǎn)，所以峰值比較高，容易超標(biāo)。

　　最后稍微總結(jié)一下，如果從源頭來(lái)抑制EMI。

　　1、對(duì)于開關(guān)頻率的選擇，比如傳導(dǎo)測(cè)試150K-30M,那么在條件容許的情況下，可選擇130K之類的開關(guān)頻率，這樣基波頻率可以避開測(cè)試；

　　2、采用頻率抖動(dòng)的技術(shù)。頻率抖動(dòng)可以分散能量，對(duì)低頻段的EMI有好處；

　　3、適當(dāng)降低開關(guān)速度，降低開關(guān)速度，可以降低開關(guān)時(shí)刻的di/dt,dv/dt。對(duì)高頻段的EMI有好處；

　　4、采用軟開關(guān)技術(shù)，比如PSFB，AHB之類的ZVS可以降低開關(guān)時(shí)刻的di/dt,dv/dt。對(duì)高頻段的EMI有好處。而LLC等諧振技術(shù)，可以讓一些波形變成正弦波，進(jìn)一步降低EMI；

　　5、對(duì)一些振蕩尖峰做吸收，這些管子上的振蕩，往往頻率很高，會(huì)發(fā)射很大的EMI；

　　6、采用反向恢復(fù)好的二極管，二極管的反向恢復(fù)電流，不但會(huì)帶來(lái)高di/dt.還會(huì)和漏感等寄生電感共同造成高的dv/dt。

　　但事實(shí)上，開關(guān)電源是EMI發(fā)射源無(wú)法根本解決。而且一些從源頭抑制EMI的方法同時(shí)會(huì)降低效率，所以從傳播途徑來(lái)抑制EMI顯得尤為重要。

　　下面來(lái)看一下傳播途徑，這個(gè)是poon Pong 兩位教授總結(jié)的傳播途徑，比較的直觀全面。