電子發(fā)燒友網(wǎng)：本文主要闡述開(kāi)關(guān)電源的電磁騷擾抑技術(shù)（EMC）。開(kāi)關(guān)電源電磁騷擾的抑措施對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的 EMC 所采取的抑制措施，主要從兩個(gè)方面著：一是減小騷擾源的騷擾強(qiáng)度；二是切斷騷擾傳播。為了達(dá)到這個(gè)目的主要從以下幾個(gè)方面著手：選擇合適的開(kāi)關(guān)電源工作方式及工作頻率；選擇合適的電路元件；采用正確的屏蔽方式、接地、濾波措施，使用合理的元件布局等幾種方法。

　　1 減小騷擾源的騷擾強(qiáng)度

　　選擇合適的開(kāi)關(guān)電源的工作方式不同，他們的產(chǎn)生的電磁騷擾強(qiáng)度及所產(chǎn)生的電磁騷擾控制難度是不同的。例如：自激式開(kāi)關(guān)電源在負(fù)載輕重不同時(shí)不但脈沖寬度會(huì)改變，其開(kāi)關(guān)頻率變化很大，這樣給克服開(kāi)關(guān)脈沖騷擾和控制其傳播帶來(lái)很大的難度；他激式開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)頻率不變，它靠改變脈沖寬度來(lái)保持輸出穩(wěn)定。顯然，他激式開(kāi)關(guān)電源更容易控制電磁騷擾。隔離型開(kāi)關(guān)電源比隔離型開(kāi)關(guān)電源騷擾小。橋式整流產(chǎn)生的騷擾比其它整流方式產(chǎn)生的騷擾小。光耦隔離比變壓器隔離的騷擾更容易控制。對(duì) 隔離型開(kāi)關(guān)電源諧振型比極性反轉(zhuǎn)型騷擾小多了。

　　開(kāi)關(guān)電源的工作頻率也與騷擾強(qiáng)度密相關(guān)。低的開(kāi)關(guān)電源工作頻率不但可以減小騷擾的高頻分量，其傳導(dǎo)騷擾和輻射騷擾的傳播效率會(huì)大大降低。實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們進(jìn)行工作方式選擇時(shí)，綜合考慮其電磁容性能，這樣往往可以取到事功倍的效果。至于工作頻率，在不增加成本和影響工作效率的情況下當(dāng)然是越小越好。

　　選擇合適的電路元件

　　開(kāi)關(guān)電源電路是開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的電磁騷擾最直接和最主要的來(lái)源。在開(kāi)關(guān)回路中，開(kāi)關(guān)管是核心。我們實(shí)際設(shè)計(jì)和測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，我們用同樣耐壓的電流容量的不同品牌的開(kāi)關(guān)管進(jìn)行輻射騷擾測(cè)試，整體騷擾最大的與最小的可能相差 15-20ｄＢ。

　　對(duì)傳導(dǎo)騷擾的頻率高端，我們也發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象（對(duì)傳導(dǎo)騷擾的頻率低端這種現(xiàn)象沒(méi)有高端明顯）。這與開(kāi)關(guān)管在設(shè)計(jì)中有否考慮電磁容有關(guān)。好的開(kāi)關(guān)管在設(shè)計(jì)中考慮到了高頻率抑制信開(kāi)關(guān)瞬間的震蕩并顧了轉(zhuǎn)換效率。這種開(kāi)關(guān)管成本可能會(huì)高些。開(kāi)關(guān)回路中另一關(guān)鍵部件是脈沖變壓器，脈沖變壓器，對(duì)電磁容的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是初級(jí)線圈與次級(jí)線圈間加靜電屏層并引出接地，該接地線盡量靠近開(kāi)關(guān)管的發(fā)射極接直流輸入的 0Ｖ地（熱地），這樣可以大大減小分布電容ｃｄ，從而減小了初、次級(jí)的電場(chǎng)的耦合騷擾。

　　為了減小脈沖變壓器的漏磁，可以選擇封閉磁芯（如圓環(huán)），封閉磁芯比開(kāi)口磁芯的漏磁小。不可以通過(guò)在脈沖變壓器外包高磁導(dǎo)率的屏材料抑制漏磁，從 而減小了通過(guò)漏磁輻射的騷擾。開(kāi)關(guān)回路中的Ｃ1 選擇也很關(guān)鍵，選擇高頻特性良好的電容或在其上并聯(lián)一個(gè)高頻電容，降低高頻阻抗，可以減少高頻電流以差模方式傳導(dǎo)到交流電源中去形成傳導(dǎo)騷擾。在二次整流回路中，整流二極管Ｄ2 常關(guān)鍵。在低壓大電流 的整流回路中，快速恢復(fù)的肖特基是一種較好的選擇。對(duì)高壓輸出電路可選用其它快速恢復(fù)二極管或帶軟恢復(fù)特性的二極管。

　　騷擾吸收回路

　　可在開(kāi)關(guān)回路的開(kāi)關(guān)Ｔ兩端并聯(lián)ＲＣ吸收回中如圖 3（ｂ）所示，或在開(kāi)關(guān)管Ｔ兩端并聯(lián)ＲＣ吸收回路如圖 3（ａ）所示，或在 ＲＣ/ＤＲＣ回路可吸收天開(kāi)關(guān)管Ｔ接通和斷開(kāi)瞬間產(chǎn)生的較高的浪涌尖峰電壓，降低開(kāi)關(guān)回路的騷擾。如圖 3（ｃ）所示，在輸出端的整流二極管Ｄ2 和Ｄ1 正極引線中串接帶可飽和磁芯的線圈或微晶磁珠（ｃｏ系）ｓｃ1、ｓｃ2。可飽和磁芯線圈/微晶磁珠在通過(guò)正常電流時(shí)磁芯飽和，電感量很小，不會(huì)影響電路正常工作，一旦電流要反向流過(guò)時(shí)，它將產(chǎn)生很大的反電勢(shì)，阻止反向電流的上，因此將它與二極管Ｄ1、Ｄ2 串聯(lián)就能有效地抑制二極管Ｄ2 的反向浪涌電流?；站Т胖榭梢灾苯犹自诙O管的引線上，使用方便，效果也比ＲＣ吸收回路好。另外，Ｄ1、Ｌ、Ｃ2組成的濾波網(wǎng)絡(luò)可以更好濾除輸出直流中的高頻紋波，減小輸出端的高頻差模騷擾。

　　一次整流回路中ＰＦＣ網(wǎng)絡(luò)

　　對(duì)一次整流回路，最顯著的騷擾是整流回路對(duì)交流電網(wǎng)的選擇性取電引起的供電網(wǎng)絡(luò)的波形畸變，功率因素偏低。為解決這個(gè)問(wèn)題，可在一次整流回路加入現(xiàn)成的ＰＦＣ（功率因素控制）模板。該模塊分有源和無(wú)源兩種，有源模板效果更好，但電路復(fù)雜，成本較高。為了更適合所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，也有公司提供ＰＦＣ電路后一可將功率因素從 0.4 提到 0.9 以上?？梢允顾O(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源順利通過(guò)ＧＢ176250.1－1998 的電流諧波測(cè)試。

　　2. 切斷騷擾傳播途徑

　　濾波技術(shù)

　　濾波技術(shù)是抑制的一種有效措施，其是在對(duì)付開(kāi)關(guān)電源ＥＭＩ信號(hào)的傳導(dǎo)某些輻射騷擾方面，具有明顯的效果，電源線上的騷擾電路以兩種形式出現(xiàn)：一種是在火線零線回路中，其騷擾被稱為差模騷擾；另一種是在和火線、零線與地和大地的回路中，稱為共模騷擾。

　　差模騷擾在兩導(dǎo)線之間傳輸，屬于對(duì)稱性騷擾，共模騷擾在導(dǎo)線與地（機(jī)殼）之間傳輸，屬于非對(duì)稱性騷擾。通常 20KHZ 以下時(shí)，差模騷擾成分占主要成分。1MHZ 以上時(shí)，共模騷擾成分占主要成分。在一般情況下，差模騷擾頻率高，還可以通過(guò)導(dǎo)線產(chǎn)生輻射，所造成的干擾較大。因此，欲削弱傳導(dǎo)騷擾，把 EMI 信號(hào)控制在有關(guān) EMC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限電平以下。

　　除抑制騷擾源以外，最有效的方法就是在開(kāi)關(guān)電源輸入和輸出電路中加裝 EMI信號(hào)，只要選擇相應(yīng)的去耦電路或 EMI 濾波器，就不滿足 EMC 標(biāo)準(zhǔn)的濾波效果。減小差模式傳達(dá)室導(dǎo)騷擾的方法是在電源線上串聯(lián)差模扼流圈、在地與導(dǎo)線之間并聯(lián)電容器、組成 LC 濾波器進(jìn)行濾波，濾去共模傳達(dá)室導(dǎo)噪聲。共模扼流圈是將電源線的零線和火線同方向在鐵氧體磁芯上構(gòu)成的，它對(duì)線間流動(dòng)的電源電流阻抗很小，而對(duì)兩面三刀根線與地之間流過(guò)的共模電流阻抗則很大。

　　對(duì)開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，輸入電源端是電磁騷擾從交流電源端是電磁騷擾從交流電網(wǎng)傳入內(nèi)部和內(nèi)部騷擾反向注入電網(wǎng)的主要途徑。為此必須在電源入口處安裝一個(gè)低通濾波器，這個(gè)濾波器只容許設(shè)備的工作頻率（50HZ、60HZ、400HZ）通過(guò)，而對(duì)較高頻率的騷擾有很大的損耗，由于這個(gè)濾波器專門用于設(shè)備電源，所以稱為電源濾波器。電源濾波器對(duì)差模騷擾和共模騷擾都抑制作用，但由于電路結(jié)構(gòu)不同，對(duì)差模騷擾和共模騷擾的抑制效果不一樣。所以濾波器的技術(shù)指標(biāo)中有差模插入損耗和共模插入損耗之分。

　　對(duì)交流供電的開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有輸入電源濾波電路，要通過(guò)電磁容測(cè)試是很難想象的，典型的交泫電源濾波網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖 4 所示。共模式扼流圈 LC1 由兩個(gè)在同一個(gè)高磁導(dǎo)率磁芯上的組成，它們的結(jié)構(gòu)使差模電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消。這種結(jié)構(gòu)可以以較小體積得較大的電感值，通常 1——10MHZ 并且不用擔(dān)心由于工作電流導(dǎo)至飽和。每個(gè)組的電感可以減相對(duì)與地的共模干擾電流，但只有漏電感才能衰減差模干擾電流。因此，濾波器差模特性在很大程度上受線索圈的結(jié)構(gòu)的影響，因?yàn)榫€圈電感能夠提供較大的差模衰減，但付出的代價(jià)是磁芯的飽和電流降低。

　　共模電容器 CY1 和 CY2 衰減共模干擾，當(dāng) CX3 很大時(shí)，這兩個(gè)電容器對(duì)差模沒(méi)有太大的影響。CY 電容器的有效性在很大程度上由設(shè)備的共模源阻抗決定。共模源阻抗一般是耦合到地的寄生電容的數(shù)，它由電路的結(jié)構(gòu)方式和電源變壓器初級(jí)——次級(jí)電容等決定，一般會(huì)超過(guò) 1000PF。由 CY 的分流作用提供的共模減一般不會(huì)超過(guò) 15——20dB。共模扼流圈組合（如圖 4 中的 Lc2、Cx2）。

　　差模電容器 CX1 和 CX2（3）只衰減差模干擾電流，它們的電容值可以較大，通常為 0.1—0.47UF。注意源和負(fù)載的阻抗可能很低，以致于電容器起不到作用，

　　因此根據(jù)具體情況，可以省略一只電容器。例如，一只 0.1UF10ohm，而對(duì)于一個(gè)數(shù)百的電源，從 CX3 的電容值幾乎沒(méi)有效果，這時(shí) CX3 右取消。

　　在許多場(chǎng)合，典型結(jié)構(gòu)的濾波器不能提供滿意的衰減效果。例如，必須滿足最嚴(yán)格發(fā)射限制的大功率開(kāi)關(guān)電源，或有較大的共模干擾耦合的場(chǎng)合，或需要較高的輸入瞬態(tài)抗抗度的場(chǎng)合。基本濾波器可以通過(guò)一些途徑來(lái)擴(kuò)展。附加的差模扼流圈 Ld1、Ld2，這是在 L 和 N 線上立的線圈，它們互相沒(méi)有影響，因此對(duì)差模信號(hào)呈現(xiàn)更高的陰阻抗，它們與 CX 配合在一起提供更大的衰減。由于它們要保證在滿額工作電流的情況下發(fā)生飽和，困此對(duì)于一定的電感量，它們更重，體積更大。

　　地線扼流圈：這增加了安全地上共模電流的阻抗當(dāng) CY 不能更大，而對(duì)電源的干擾又沒(méi)有其它措施時(shí)，這是唯一的一種減小輸入、輸出共模干擾的措施。因?yàn)樗奈ｋU(xiǎn)電流承受能力必須滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。使用時(shí)要確認(rèn)沒(méi)有其它聯(lián)到設(shè)備機(jī)箱上的導(dǎo)線將其短路。

　　瞬態(tài)抑制器：象壓敏電阻這樣一些器件跨接在 L 和 N 線之間能夠削減輸入的差模浪涌。如果它安裝在靠近電源的一端，則它必須能夠承受期的最大瞬態(tài)能量，安裝在這里能夠保護(hù)電感不至于飽和和保護(hù) CX 電容器。如果安裝在設(shè)備一端，則其額定值可以大大降低，因?yàn)樗呀?jīng)受到了濾波器阻抗的保護(hù)。這里的壓敏電阻共模浪涌沒(méi)有抑制作用。

　　大容量的 CX 應(yīng)用一只泄放電阻 R 來(lái)保護(hù)，防止電源斷開(kāi)時(shí) L 和 N 線之間保持的充電電荷造成人身傷害。在開(kāi)關(guān)電源的直流輸出端加入圖 5 所示的直流輸出濾波網(wǎng)絡(luò)。它由共模扼流圈 Lc1、差模扼流圈 Ld1 和差模電容 CX1、CX2 組成。為了防止磁芯在較大的磁場(chǎng)強(qiáng)度下飽和而使扼流圈失去作用差模扼流圈的磁芯必須采用高頻特性好且飽和磁場(chǎng)強(qiáng)度大的恒流磁芯。

　　減小分布電容的耦合

　　為了防止開(kāi)關(guān)管集電極和開(kāi)關(guān)管散熱片之間的耦合電容 Ci 將開(kāi)關(guān)管集電極上的脈沖騷擾耦合到機(jī)殼和保護(hù)地 PE 上形成面向空間的輻射騷擾和電源線傳導(dǎo)共模騷擾。我們應(yīng)該減少開(kāi)關(guān)管集電極和散熱片之間的耦合電容 Ci 選用低介電常數(shù)的材料作絕緣墊，加厚墊片的厚度，并采用靜電屏的方法：一般開(kāi)關(guān)管的外殼是集電極，在集電極和散熱片之間墊上一層夾心絕緣物，既絕緣物中間夾一層銅箔，作為靜電屏層，接在輸入直流 0V 地（熱地）上，散熱片仍在機(jī)殼地上，這樣就大大減少集電極與散熱片之間的電場(chǎng)耦合。

　　對(duì)脈沖變壓器的初級(jí)與次級(jí)之間的耦合電容 Cd，也可以用同樣的方式通過(guò)加靜電屏層并就近在開(kāi)關(guān)管的為射極接直流輸入的 0V 地（熱地）。該方式只能少cd 的耦合，仍然會(huì)有部分騷擾沖變壓器的初級(jí)耦合到次級(jí)形成共模騷擾，這時(shí)可通過(guò)在直流輸入的 0V 地（熱地）端的共模騷擾一個(gè)回路，重新回到直流輸入的 0V 地，從而減小通過(guò) cd 耦合的共模騷擾。在選擇該電容時(shí)為保證通過(guò)安全測(cè)試所的耐壓，一般由兩個(gè) Y 電容串聯(lián)使用。

　　3.屏蔽技術(shù)

　　抑制開(kāi)關(guān)電源輻射騷擾的有效方法是屏蔽技術(shù)。對(duì)電場(chǎng)屏用導(dǎo)電良好的材料 。為了防止沖變壓器的磁場(chǎng) 泄露，可利用閉環(huán)形成磁屏，對(duì)整個(gè)開(kāi)關(guān)電源要進(jìn)行電場(chǎng)屏。在屏的應(yīng)考慮散熱和通風(fēng)問(wèn)題，屏外殼上的通風(fēng)孔最好為多孔圓形，在滿足我的條件下，孔的數(shù)量可以多，每個(gè)孔的尺寸要盡可能小，接縫處最好焊接，以保證電磁的連續(xù)性，如果采用螺釘固定，注意螺絲間距要短，屏外殼的引入、引出線處要采取濾波措施，否則這些線都會(huì)成為良好的騷擾發(fā)射天線，嚴(yán)重降低屏處殼的屏效果，對(duì)無(wú)法進(jìn)行完全屏的開(kāi)關(guān)電源，至少在其關(guān)鍵部位要有局部屏。電場(chǎng)屏如果屏外殼不接地。對(duì)非嵌入的外置式開(kāi)關(guān)電源的外殼進(jìn)行電場(chǎng)屏非常重要，否則很難通過(guò)輻射騷擾測(cè)試。對(duì)嵌入式的內(nèi)置開(kāi)關(guān)電源是否采用外殼屏則視其系統(tǒng)的屏效能及系統(tǒng)中其他部分對(duì)電源騷擾的敏感程度而定。

　　4. 電路布線

　　元件及電路的選擇對(duì)于控制 EMI 至關(guān)重要，但電路板的布局和互連也具有同等重要的影響。尤其是對(duì)于高密度、采用多層電路板的開(kāi)關(guān)電源，元件的布局和走線上產(chǎn)生很大 dv/dt 和 di/dt 的信號(hào)，它可以耦合到其它連線上造成兼容問(wèn)題。

　　不過(guò)，只要在關(guān)鍵回路的布局方面多加注意，就可避免兼容性部題以及花費(fèi)很大代價(jià)去對(duì)線路板進(jìn)行修改。對(duì)于 一個(gè)系統(tǒng)來(lái)講，輻射型和傳導(dǎo)型電磁干擾相容易區(qū)分，但具體到某塊電路板或某導(dǎo)線。問(wèn)題就變得復(fù)雜了。相鄰連線之間會(huì)有電場(chǎng)的耦合，同時(shí)也會(huì)通過(guò)分布電容傳導(dǎo)電流、同樣地，連線之間也會(huì)象變壓器一樣。