盤點開關電源EMI的設計經驗及傳輸通道分類

開關電源EMI的一些設計經驗

開關電源的EMI干擾源集中體現在功率開關管、整流二極管、高頻變壓器等，外部環境對開關電源的干擾主要來自電網的抖動、雷擊、外界輻射等。

1.開關電源的EMI源

開關電源的EMI干擾源集中體現在功率開關管、整流二極管、高頻變壓器等，外部環境對開關電源的干擾主要來自電網的抖動、雷擊、外界輻射等。

(1)功率開關管

功率開關管工作在On-Off快速循環轉換的狀態，dv/dt和di/dt都在急劇變換，因此，功率開關管既是電場耦合的主要干擾源，也是磁場耦合的主要干擾源。

(2)高頻變壓器

高頻變壓器的EMI來源集中體現在漏感對應的di/dt快速循環變換，因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源。

(3)整流二極管

整流二極管的EMI來源集中體現在反向恢復特性上，反向恢復電流的斷續點會在電感(引線電感、雜散電感等)產生高dv/dt，從而導致強電磁干擾。

(4)PCB

準確的說，PCB是上述干擾源的耦合通道，PCB的優劣，直接對應著對上述EMI源抑制的好壞。

2.開關電源EMI傳輸通道分類

(一).傳導干擾的傳輸通道

(1)容性耦合

(2)感性耦合

(3)電阻耦合

a.公共電源內阻產生的電阻傳導耦合

b.公共地線阻抗產生的電阻傳導耦合

c.公共線路阻抗產生的電阻傳導耦合

(二).輻射干擾的傳輸通道

(1)在開關電源中，能構成輻射干擾源的元器件和導線均可以被假設為天線，從而利用電偶極子和磁偶極子理論進行分析;二極管、電容、功率開關管可以假設為電偶極子，電感線圈可以假設為磁偶極子;

(2)沒有屏蔽體時，電偶極子、磁偶極子，產生的電磁波傳輸通道為空氣(可以假設為自由空間);

(3)有屏蔽體時，考慮屏蔽體的縫隙和孔洞，按照泄漏場的數學模型進行分析處理。

3.開關電源EMI抑制的9大措施

在開關電源中，電壓和電流的突變，即高dv/dt和di/dt，是其EMI產生的主要原因。實現開關電源的EMC設計技術措施主要基于以下兩點：

(1)盡量減小電源本身所產生的干擾源，利用抑制干擾的方法或產生干擾較小的元器件和電路，并進行合理布局;

(2)通過接地、濾波、屏蔽等技術抑制電源的EMI以及提高電源的EMS。

分開來講，9大措施分別是：

(1)減小dv/dt和di/dt(降低其峰值、減緩其斜率)

(2)壓敏電阻的合理應用，以降低浪涌電壓

(3)阻尼網絡抑制過沖

(4)采用軟恢復特性的二極管，以降低高頻段EMI

(5)有源功率因數校正，以及其他諧波校正技術

(6)采用合理設計的電源線濾波器

(7)合理的接地處理

(8)有效的屏蔽措施

(9)合理的PCB設計

4.高頻變壓器漏感的控制

高頻變壓器的漏感是功率開關管關斷尖峰電壓產生的重要原因之一，因此，控制漏感成為解決高頻變壓器帶來的EMI首要面對的問題。

減小高頻變壓器漏感兩個切入點：電氣設計、工藝設計!

(1)選擇合適磁芯，降低漏感。漏感與原邊匝數平方成正比，減小匝數會顯著降低漏感。

(2)減小繞組間的絕緣層。現在有一種稱之為“黃金薄膜”的絕緣層，厚度20～100um，脈沖擊穿電壓可達幾千伏。

(3)增加繞組間耦合度，減小漏感。

5.高頻變壓器的屏蔽

為防止高頻變壓器的漏磁對周圍電路產生干擾，可采用屏蔽帶來屏蔽高頻變壓器的漏磁場。屏蔽帶一般由銅箔制作，繞在變壓器外部一周，并進行接地，屏蔽帶相對于漏磁場來說是一個短路環，從而抑制漏磁場更大范圍的泄漏。

高頻變壓器，磁心之間和繞組之間會發生相對位移，從而導致高頻變壓器在工作中產生噪聲(嘯叫、振動)。為防止該噪聲，需要對變壓器采取加固措施：

(1)用環氧樹脂將磁心(例如EE、EI磁心)的三個接觸面進行粘接，抑制相對位移的產生;

(2)用“玻璃珠”(Glassbeads)膠合劑粘結磁心，效果更好。