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關(guān)鍵詞：
開(kāi)關(guān)電源
傳導(dǎo)與輻射
- 摘要：目前，電子產(chǎn)品電磁兼容問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，尤其是世界上發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)形成了一套完整的電磁兼容體系，同時(shí)我國(guó)也正在建立電磁兼容體系，因此，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的電磁兼容是進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的通行證。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，由于開(kāi)關(guān)管、整流管工作在大電流、高電壓的條件下，對(duì)外界會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，因此開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)發(fā)射和電磁輻射發(fā)射相對(duì)其它產(chǎn)品來(lái)說(shuō)更加難以實(shí)現(xiàn)電磁兼容，但如果我們對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的原理了解清楚后，就不難找到合適的對(duì)策，將傳導(dǎo)發(fā)射電平和輻射發(fā)射電平降到合適的水平，實(shí)現(xiàn)電磁兼容性設(shè)計(jì)。
?? 目前，電子產(chǎn)品電磁兼容問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視，尤其是世界上發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)形成了一套完整的電磁兼容體系，同時(shí)我國(guó)也正在建立電磁兼容體系，因此，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的電磁兼容是進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的通行證。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源來(lái)說(shuō)，由于開(kāi)關(guān)管、整流管工作在大電流、高電壓的條件下，對(duì)外界會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，因此開(kāi)關(guān)電源的傳導(dǎo)發(fā)射和電磁輻射發(fā)射相對(duì)其它產(chǎn)品來(lái)說(shuō)更加難以實(shí)現(xiàn)電磁兼容，但如果我們對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的原理了解清楚后，就不難找到合適的對(duì)策，將傳導(dǎo)發(fā)射電平和輻射發(fā)射電平降到合適的水平，實(shí)現(xiàn)電磁兼容性設(shè)計(jì)。??
開(kāi)關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理及其傳播途徑
功率開(kāi)關(guān)器件的高額開(kāi)關(guān)動(dòng)作是導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開(kāi)關(guān)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(dǎo)致了更為嚴(yán)重的EMI問(wèn)題。開(kāi)關(guān)電源工作時(shí)，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時(shí)間內(nèi)上升和下降的，因此，開(kāi)關(guān)電源本身是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類(lèi)來(lái)分，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種；若按耦合通路來(lái)分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)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(lái)分別說(shuō)明：
1、二極管的反向恢復(fù)時(shí)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(dòng)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(duì)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(shí)有較大的正向電流流過(guò)，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí)，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里，電流會(huì)反向流動(dòng)，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。
2、開(kāi)關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾
功率開(kāi)關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過(guò)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(fù)載時(shí)近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開(kāi)關(guān)時(shí)，這種諧波干擾將會(huì)很小。另外，功率開(kāi)關(guān)管在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會(huì)產(chǎn)生尖峰干擾。
3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾
無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過(guò)開(kāi)關(guān)電源的輸入輸出線(xiàn)傳播出去而形成的干擾稱(chēng)之為傳導(dǎo)干擾；而諧波和寄生振蕩的能量，通過(guò)輸入輸出線(xiàn)傳播時(shí)，都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過(guò)電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱(chēng)為輻射干擾。
4、其他原因
元器件的寄生參數(shù)，開(kāi)關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線(xiàn)路板（PCB）走線(xiàn)通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)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(huì)造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。
Flyback架構(gòu)noise在頻譜上的反應(yīng)
0.15MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾；
0.2MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)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(qiáng)；
0.25MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾；
0.35MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾；
0.39MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)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；
3.3MHz處產(chǎn)生的振蕩是Mosfet振蕩1（3.3MHz）的基波引起的干擾；
開(kāi)關(guān)管、整流二極管的振蕩會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾
設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施：
1.把噪音電路節(jié)點(diǎn)的PCB銅箔面積最大限度地減小，如開(kāi)關(guān)管的漏極、集電極、初次級(jí)繞組的節(jié)點(diǎn)等；
2.使輸入和輸出端遠(yuǎn)離噪音元件，如變壓器線(xiàn)包、變壓器磁芯、開(kāi)關(guān)管的散熱片等等；
3.使噪音元件（如未遮蔽的變壓器線(xiàn)包、未遮蔽的變壓器磁芯和開(kāi)關(guān)管等等）遠(yuǎn)離外殼邊緣，因?yàn)樵谡２僮飨峦鈿み吘壓芸赡芸拷饷娴慕拥鼐€(xiàn)；
4.如果變壓器沒(méi)有使用電場(chǎng)屏蔽，要保持屏蔽體和散熱片遠(yuǎn)離變壓器；
5.盡量減小以下電流環(huán)的面積：次級(jí)（輸出）整流器、初級(jí)開(kāi)關(guān)功率器件、柵極（基極）驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路、輔助整流器；
6.不要將門(mén)極（基極）的驅(qū)動(dòng)返饋環(huán)路和初級(jí)開(kāi)關(guān)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(kāi)關(guān)的死區(qū)時(shí)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(diǎn)和次級(jí)電路的元件遠(yuǎn)離初級(jí)電路的屏蔽體或者開(kāi)關(guān)管的散熱片；
10.保持初級(jí)電路的擺動(dòng)的節(jié)點(diǎn)和元件本體遠(yuǎn)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(xiàn)端子；
13.使EMI濾波器對(duì)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(xiàn)圈的整流器的線(xiàn)路上放一些電阻；
15.在磁棒線(xiàn)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(shè)計(jì)時(shí)允許放1nF/500V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級(jí)的靜端和輔助繞組之間；
18.保持EMI濾波器遠(yuǎn)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(huà)在開(kāi)關(guān)功率場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和門(mén)極之間放一個(gè)小徑向引線(xiàn)電容器（米勒電容，10皮法/1千伏電容）；
21.空間允許的話(huà)放一個(gè)小的RC阻尼器在直流輸出端；
22.不要把AC插座與初級(jí)開(kāi)關(guān)管的散熱片靠在一起。
開(kāi)關(guān)電源EMI的特點(diǎn)
作為工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開(kāi)關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大；干擾源主要集中在功率開(kāi)關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開(kāi)關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾；而印刷線(xiàn)路板(PCB)走線(xiàn)通常采用手工布線(xiàn)，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。
1MHZ以?xún)?nèi)----以差模干擾為主，增大X電容就可解決；
1MHZ---5MHZ---差模共?；旌?，采用輸入端并一系列X電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并解決；
5M以上---以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法。對(duì)于外殼接地的，在地線(xiàn)上用一個(gè)磁環(huán)繞2圈會(huì)對(duì)10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006)；
對(duì)于25--30MHZ不過(guò)可以采用加大對(duì)地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCBLAYOUT、輸出線(xiàn)前面接一個(gè)雙線(xiàn)并繞的小磁環(huán)，最少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器；
30---50MHZ---普遍是MOS管高速開(kāi)通關(guān)斷引起，可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻，RCD緩沖電路采用1N4007慢管，VCC供電電壓用1N4007慢管來(lái)解決；
100---200MHZ---普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起，可以在整流管上串磁 珠；
100MHz-200MHz之間大部分出于PFCMOSFET及PFC二極管，現(xiàn)在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果，水平方向基本可以解決問(wèn)題，但垂直方向就很無(wú)奈了。
開(kāi)關(guān)電源的輻射一般只會(huì)影響到100M以下的頻段，也可以在MOS、二極管上加相應(yīng)吸收回路，但效率會(huì)有所降低。
1MHZ以?xún)?nèi)----以差模干擾為主
1.增大X電容量；
2.添加差模電感；
3.小功率電源可采用PI型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。
1MHZ---5MHZ---差模共?；旌?/p>
采用輸入端并聯(lián)一系列X電容來(lái)濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并以解決。
1.對(duì)于差模干擾超標(biāo)可調(diào)整X電容量，添加差模電感器，調(diào)差模電感量；
2.對(duì)于共模干擾超標(biāo)可添加共模電感，選用合理的電感量來(lái)抑制；
3.也可改變整流二極管特性來(lái)處理一對(duì)快速二極管如FR107一對(duì)普通整流二極管1N4007。
5M以上---以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法 對(duì)于外殼接地的，在地線(xiàn)上用一個(gè)磁環(huán)串繞2-3圈會(huì)對(duì)10MHZ以上干擾有較大的衰減作用；也可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔，銅箔閉環(huán)。處理后端輸出整流管的吸收電路和初級(jí)大電路并聯(lián)電容的大小。
對(duì)于20--30MHZ
1.對(duì)于一類(lèi)產(chǎn)品可以采用調(diào)整對(duì)地Y2電容量或改變Y2電容位置；
2.調(diào)整一二次側(cè)間的Y1電容位置及參數(shù)值；
3.在變壓器外面包銅箔、變壓器最里層加屏蔽層，調(diào)整變壓器的各繞組的排布；
4.改變PCBLAYOUT；
5.輸出線(xiàn)前面接一個(gè)雙線(xiàn)并繞的小共模電感；
6.在輸出整流管兩端并聯(lián)RC濾波器且調(diào)整合理的參數(shù)；
7.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE；
8.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容；
9.可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻。
30---50MHZ普遍是MOS管高速開(kāi)通關(guān)斷引起
1.可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻；
2.RCD緩沖電路采用1N4007慢管；
3.VCC供電電壓用1N4007慢管來(lái)解決；
4.或者輸出線(xiàn)前端串接一個(gè)雙線(xiàn)并繞的小共模電感；
5.在MOSFET的D-S腳并聯(lián)一個(gè)小吸收電路；
6.在變壓器與MOSFET之間加BEADCORE；
7.在變壓器的輸入電壓腳加一個(gè)小電容；
8.PCB心LAYOUT時(shí)大電解電容，變壓器，MOS構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小；
9.變壓器，輸出二極管，輸出平波電解電容構(gòu)成的電路環(huán)盡可能的小。
50---100MHZ普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起
1.可以在整流管上串磁珠；
2.調(diào)整輸出整流管的吸收電路參數(shù)；
3.可改變一二次側(cè)跨接Y電容支路的阻抗，如PIN腳處加BEADCORE或串接適當(dāng)?shù)碾娮瑁?/p>
4.也可改變MOSFET，輸出整流二極管的本體向空間的輻射（如鐵夾卡MOSFET，鐵夾卡DIODE，改變散熱器的接地點(diǎn)）；
5.增加屏蔽銅箔抑制向空間輻射。
200MHZ以上開(kāi)關(guān)電源已基本輻射量很小，一般可過(guò)EMI標(biāo)準(zhǔn)。
傳導(dǎo)方面EMI對(duì)策 傳導(dǎo)冷機(jī)時(shí)在0.15-1MHZ超標(biāo)，熱機(jī)時(shí)就有7DB余量。主要原因是初級(jí)BULK電容DF值過(guò)大造成的，冷機(jī)時(shí)ESR比較大，熱機(jī)時(shí)ESR比較小，開(kāi)關(guān)電流在ESR上形成開(kāi)關(guān)電壓，它會(huì)壓在一個(gè)電流LN線(xiàn)間流動(dòng)，這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個(gè)電解電容之間加一個(gè)差模電感
輻射方面EMI對(duì)策
輻射在30～300MHz頻段內(nèi)出現(xiàn)寬帶噪聲超標(biāo)
通過(guò)在電源線(xiàn)上增加去耦磁環(huán)（可開(kāi)合）進(jìn)行驗(yàn)證，如果有改善則說(shuō)明和電源線(xiàn)有關(guān)系，采用以下整改方法：如果設(shè)備有一體化濾波器，檢查濾波器的接地是否良好，接地線(xiàn)是否盡可能短；
金屬外殼的濾波器的接地最好直接通過(guò)其外殼和地之間的大面積搭接。檢查濾波器的輸入、輸出線(xiàn)是否互相靠近。適當(dāng)調(diào)整X/Y電容的容值、差模電感及共模扼流圈的感量；調(diào)整Y電容時(shí)要注意安全問(wèn)題；改變參數(shù)可能會(huì)改善某一段的輻射，但是卻會(huì)導(dǎo)致另外頻度變差，所以需要不斷的試，才能找到最好的組合。適當(dāng)增大觸發(fā)極上的電阻值不失為一個(gè)好辦法；也可在開(kāi)關(guān)管晶體管的集電極（或者是MOS管的漏極）或者是次級(jí)輸出整流管對(duì)地接一個(gè)小電容也可以有效減小共模開(kāi)關(guān)噪聲。開(kāi)關(guān)電源板在PCB布線(xiàn)時(shí)一定要控制好各回路的回流面積，可以大大減小差模輻射。在PCB電源走線(xiàn)中增加104/103電容為電源去耦；在多層板布線(xiàn)時(shí)要求電源平面和地平面緊鄰；在電源線(xiàn)上套磁環(huán)進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證，以后可以通過(guò)在單板上增加共模電感來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者在電纜上注塑磁環(huán)。輸入AC線(xiàn)的L線(xiàn)的長(zhǎng)度盡量短；屏蔽設(shè)備內(nèi)部，孔縫附近是否有干擾源；結(jié)構(gòu)件搭接處是否噴有絕緣漆，采用砂布將絕緣漆擦掉，作比較試驗(yàn)。檢查接地螺釘是否噴有絕緣漆，是否接地良好。
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