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

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7 d1 L$ {5 J. c& Q1 ]　       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
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　　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。

' v) N; t: \: T　　（2）高频变压器
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6 I$ E; f( e" q8 U6 N) a& S　　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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　　（4）PCB
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　　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

4 Z3 [- }  m5 a) d1 C, y" s# r　　（一）传导干扰的传输通道

　　（1）容性耦合

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　　（3）电阻耦合
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  ^/ S, X: k6 o/ y　　a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合

　　b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合

6 s# A+ P7 U+ |  [; u; s　　c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合
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　　（二）辐射干扰的传输通道

( x$ C7 v$ K( X; h　　（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；

5 ]$ `* B" R" x, c% W　　（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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% G* v" L$ y' T( [7 y　　（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.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：

. r4 F$ v+ X! `9 _8 h* X　　（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；
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　　（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。

　　分开来讲，9大措施分别是：
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　　（1）减小dv/dt和di/dt（降低其峰值、减缓其斜率）
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　　（2）压敏电阻的合理应用，以降低浪涌电压
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　　（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

3 @6 j& T1 g( D+ Q1 h　　（5）有源功率因数校正，以及其他谐波校正技术
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  b  D* ?8 v/ I# x; g* k) ]　　（6）采用合理设计的电源线滤波器

　　（7）合理的接地处理

　　（8）有效的屏蔽措施
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' ^4 A8 Y$ W  y' W　　（9）合理的PCB设计

　　4.高频变压器漏感的控制

6 h" K+ P! }$ t5 R/ c9 m0 J: ^( X　　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！

7 C0 M+ L3 F* L- M, U7 J# ^8 F& l　　（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。

( x  `* _" A2 a; t; H. N9 b1 G( V" O　　（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
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　　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。
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* v$ B! H! {4 t# h. o4 z/ T/ c　　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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　　（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；

% O7 T; d) s$ S9 z* r0 P5 R- ^　　（2）用“玻璃珠”（Glassbeads）胶合剂粘结磁心，效果更好。

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学习了