工程师经验分享：开关电源的EMI设计

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工程师经验分享：开关电源的EMI设计

) ]* Q( b% O! \$ e1 R6 V　       开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。
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　　1.开关电源的EMI源
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! G) @0 B- p. B- r　　开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。

　　（1）功率开关管
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　　功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。
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8 i+ S' q2 ?. ?2 k$ B3 d　　（2）高频变压器
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　　高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。
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　　（3）整流二极管

　　整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高dv/dt，从而导致强电磁干扰。
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/ E% V# x  e9 a* ^. F  j9 o/ Y　　（4）PCB
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3 p& g' z: {3 C* ]1 V* G　　准确的说，PCB是上述干扰源的耦合通道，PCB的优劣，直接对应着对上述EMI源抑制的好坏。
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　　2.开关电源EMI传输通道分类

　　（一）传导干扰的传输通道

　　（1）容性耦合

　　（2）感性耦合

; Z9 C0 a6 \& q. Z! D; t, ^　　（3）电阻耦合
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　　a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合
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( L2 _: @  d4 O3 t8 j3 R) ?) N　　b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合

　　c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合

& B% g( u# }3 t0 `　　（二）辐射干扰的传输通道

) j1 e: N+ f$ i) y( [7 r/ x　　（1）在开关电源中，能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线，从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析；二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子，电感线圈可以假设为磁偶极子；
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　　（2）没有屏蔽体时，电偶极子、磁偶极子，产生的电磁波传输通道为空气（可以假设为自由空间）；
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9 H2 V) U$ P8 S　　（3）有屏蔽体时，考虑屏蔽体的缝隙和孔洞，按照泄漏场的数学模型进行分析处理。
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3 p4 V. _' \$ m　　3.开关电源EMI抑制的9大措施
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5 [3 Y' r1 Z6 v$ B: I! |4 l) J　　在开关电源中，电压和电流的突变，即高dv/dt和di/dt，是其EMI产生的主要原因。实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点：

1 h$ O6 f# G9 g# T6 y  t  t; T　　（1）尽量减小电源本身所产生的干扰源，利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路，并进行合理布局；

  b; [1 g6 k8 G1 x+ S7 @　　（2）通过接地、滤波、屏蔽等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS。
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% s6 t1 \7 S% o3 L& R& ^4 V4 [. _7 I　　分开来讲，9大措施分别是：

7 S1 K1 b7 [& Z2 W( C　　（1）减小dv/dt和di/dt（降低其峰值、减缓其斜率）

　　（2）压敏电阻的合理应用，以降低浪涌电压

8 ?0 y5 f1 k$ X6 k+ i' d, j　　（3）阻尼网络抑制过冲
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　　（4）采用软恢复特性的二极管，以降低高频段EMI
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　　（5）有源功率因数校正，以及其他谐波校正技术
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( t: s. T; \" p# y6 L- Q　　（6）采用合理设计的电源线滤波器

# ?' E. `) U9 G3 L　　（7）合理的接地处理

　　（8）有效的屏蔽措施

$ @  ]8 Q2 M1 I; Q　　（9）合理的PCB设计

9 X( ]- }/ n6 r　　4.高频变压器漏感的控制
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　　高频变压器的漏感是功率开关管关断尖峰电压产生的重要原因之一，因此，控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。

5 ]$ P  {+ X$ D; C: s　　减小高频变压器漏感两个切入点：电气设计、工艺设计！
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　　（1）选择合适磁芯，降低漏感。漏感与原边匝数平方成正比，减小匝数会显著降低漏感。

　　（2）减小绕组间的绝缘层。现在有一种称之为“黄金薄膜”的绝缘层，厚度20～100um，脉冲击穿电压可达几千伏。
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3 \: F1 i4 e+ F% O+ f! B　　（3）增加绕组间耦合度，减小漏感。
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　　5.高频变压器的屏蔽

　　为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰，可采用屏蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带一般由铜箔制作，绕在变压器外部一周，并进行接地，屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环，从而抑制漏磁场更大范围的泄漏。

　　高频变压器，磁心之间和绕组之间会发生相对位移，从而导致高频变压器在工作中产生噪声（啸叫、振动）。为防止该噪声，需要对变压器采取加固措施：
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; g) b  ?/ L5 o) w; ^5 `' s7 u　　（1）用环氧树脂将磁心（例如EE、EI磁心）的三个接触面进行粘接，抑制相对位移的产生；
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　　（2）用“玻璃珠”（Glassbeads）胶合剂粘结磁心，效果更好。

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学习了