开关电源EMI设计经验

unix155

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.开关电源的EMI源
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。
" L! A2 [: l9 j
% L) Y" E% l% ]（1）功率开关管
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。
( \* q6 s% N+ Y$ v
（2）高频变压器
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。
1 D) y& _& y5 m5 \: e, n2 x7 U' O
（3）整流二极管
/ z4 ]$ \2 Y+ @' @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。
. e- X7 G# D& r
（4）PCB
6 h" h5 O$ P% [1 F3 E, `" d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。
5 J, K# |- Z* X- V6 P1 y
2.开关电源EMI传输通道分类
/ S( T. M  z/ s* Z1 i* p
5 T" l! p" R* `! F6 Z& Z（一）. 传导干扰的传输通道
8 f+ b8 i( h# c3 }（1）容性耦合
（2）感性耦合
（3）电阻耦合
a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合
9 y7 x; t$ Q; f' ]5 K9 Y6 O. F0 sb.公共地线阻抗产生的 电阻传导耦合
& Q" ?/ ^% {" I$ r- vc.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合
  E. H( l/ N' e, u# r5 e6 Q
! Z! t, z) s: p- K（二）. 辐射干扰的传输通道
0 [$ f: B4 O" U! ~（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；
（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）；
（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。

# g) N0 \2 Y$ w1 ~+ z6 ^1 u3.开关电源EMI抑制的9大措施

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：
" a8 S/ n. K! M9 V% D7 u- c（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；
（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。

! Q9 M5 Q2 u  _8 x分开来讲，9大措施分别是：
（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
（3）阻尼网络抑制过冲
3 S% ?; |; z- ^5 t! D2 a0 T2 q7 ?（4）采用软恢复特 性的二极管，以降低高频段EMI
% [$ L6 a) z6 x6 M% K. n: X0 ?（5）有源功率因数校正，以及其他谐波校正技术
1 b2 L5 b% h- ~- W3 a% G（6）采用合理设计的电源线滤波器
+ K7 R, m& n, C9 i（7）合理的接地处理
7 t  k+ b- P7 r5 g2 P/ v（8）有效的屏蔽措施
, q" \. L: T* ^* u- `（9）合理的PCB设计

" C# i/ ?& l, g2 i4.高频变压器漏感的控制
  U7 S5 _! Y! I6 ]& n
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。

减小高频变压器漏感两个切入点：电气设计、工艺设计！
（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。
! r% h5 g% W: R# A（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。
& \+ D) A1 x3 ~0 T（3）增加绕组间耦合度，减小漏感。

# ?: p0 q( }2 }& N0 Y& F5.高频变压器的屏蔽
0 n5 p9 t/ j9 u, n0 a1 U
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：
（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；
# I3 C# R3 }0 Y2 p5 W（2）用“玻璃珠”（Glass beads）胶合剂粘结磁心，效果更好。

sdsdwwwe22

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

kiygb

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