2．開關管開關動作時產生電磁干擾
在正激式、推挽式、橋式變換器中，流過開關管的電流波形在阻性負載時近似矩形波，含有豐富的高頻成分，這些高頻諧波會產生很強的電磁干擾，在反激變換器中，流過開關管的電流波形在阻性負載時近似三角波，高次諧波成分相對較少。開關管在開通時，由於開關時間很短以及逆變迴路中引線電感的存在，將產生很大的dv/dt突變和很高的尖峰電壓，在開關管的關斷時，由於關斷時間很短，將產生很大的di/dt突變和很高的電流尖峰，這些電流、電壓突變將產生很強的電磁干擾。
3．電感、變壓器等磁性元件引起的電磁干擾：在開關電源中存在輸入濾波電感、功率變壓器、隔離變壓器、輸出濾波電感等磁性元件，隔離變壓器初次級之間存在寄生電容，高頻干擾訊號通過寄生電容耦合到次邊；功率變壓器由於繞制工藝等原因，原次邊耦合不理想而存在漏感，漏電感將產生電磁輻射干擾，另外功率變壓器線圈繞組流過高頻脈衝電流，在周圍形成高頻電磁場；電感線圈中流過脈動電流會產生電磁場輻射，而且在負載突切時，會形成電壓尖峰，同時當它工作在飽和狀態時，將會產生電流突變，這些都會引起電磁干擾；
4．控制電路中週期性的高頻脈衝訊號如振盪器產生的高頻脈衝訊號等將產生高頻高次諧波，對周圍電路產生電磁干擾。
5．此外電路中還會有地環路干擾、公共阻抗耦合干擾，以及控制電源雜訊干擾等。
6．開關電源中的佈線設計非常重要，不合理佈線將使電磁干擾通過線線之間的耦合電容和分布互感串擾或輻射到鄰近導線上，從而影響其它電路的正常工作。
7．熱輻射產生的電磁干擾，熱輻射是以電磁波的形式進行熱交換，這種電磁干擾影響其它電子元器件或電路的正常穩定工作。
二，外界的電磁干擾
對於某一電子裝置，外界對其產生影響的電磁干擾包括：電網中的諧波干擾、雷電、太陽雜訊、靜電放電，以及周圍的高頻發射裝置引起的干擾。
三，電磁干擾的後果
電磁干擾將造成傳輸訊號畸變，影響裝置的正常工作。對於雷電、靜電放電等高能量的電磁干擾，嚴重時會損壞裝置。而對於某些裝置，電磁輻射會引起重要資訊的洩漏。
四，開關電源的電磁相容設計
了解了開關電源內部及外部電磁干擾源後，我們還應知道，形成電磁干擾機理的三要素是還有傳播途徑和受擾裝置。因此開關電源的電磁相容設計主要從以下三個方面入手：1，減小干擾源的電磁干擾能量；2，切斷干擾傳播途徑；3，提高受擾裝置的抗干擾能力。
正確了解和把握開關電源的電磁干擾源及其產生機理和干擾傳播途徑，對於採取何種抗干擾措施以使裝置滿足電磁相容要求非常重要。由於干擾源有開關電源內部產生的干擾源和外部的干擾源，而且可以說干擾源無法消除，受擾裝置也總是存在，因此可以說電磁相容問題總是存在。
下面以隔離式dc/dc變換器為例，討論開關電源的電磁相容性設計：
1. dc/dc變換器輸入濾波電路的設計
如圖所示，fv1為瞬態電壓抑制二極體，rv1為壓敏電阻，都具有很強的瞬變浪湧電流的吸收能力，能很好的保護后級元件或電路免遭浪湧電壓的破壞。z1為直流emi濾波器，必須良好接地，接地線要短，最好直接安裝在金屬外殼上，還要保證其輸入、輸出線之間的遮蔽隔離，才能有效的切斷傳導干擾沿輸入線的傳播和輻射干擾沿空間的傳播。l1、c1組成低通濾波電路，當l1電感值較大時，還需增加如圖所示的v1和r1元件，形成續流迴路吸收l1斷開時釋放的電場能，否則l1產生的電壓尖峰就會形成電磁干擾，電感l1所使用的磁芯最好為閉合磁芯，帶氣隙的開環磁芯的漏磁場會形成電磁干擾，c1的容量較大為好，這樣可以減小輸入線上的紋波電壓，從而減小輸入導線周圍形成的電磁場。
2.高頻逆變電路的電磁相容設計，如圖所示，c2、c3、v2、v3組成的半橋逆變電路，v2、v3為igbt、mosfet等開關元件，在v2、v3開通和關斷時，由於開關時間很快以及引線電感、變壓器漏感的存在，迴路會產生較高的di/dt、dv/dt突變，從而形成電磁干擾，為此在變壓器原邊兩端增加r4、c4構成的吸收迴路，或在v2、v3兩端分別併聯電容器c5、c6，並縮短引線，減小ab、cd、gh、ef的引線電感。在設計中，c4、c5、c6一般採用低感電容，電容器容量的大小取決於引線電感量、迴路中電流值以及允許的過衝電壓值的大小，li2/2=c△v2/2公式求得c的大小，其中l為迴路電感，i為迴路電流，△v為過衝電壓值。
為減小△v，就必須減小迴路引線電感值，為此在設計時常使用一種叫「多層低感復合母排」的裝置，由我所申請專利的該種母排裝置能將迴路電感降低到足夠小，達10nh級，從而達到減小高頻逆變迴路電磁干擾的目的。
從電磁相容性設計角度考慮，應盡量降低開關管v2、v3的開關頻率,從而降低di/dt、dv/dt值。另外使用zcs或zvs軟開關變換技術能有效降低高頻逆變迴路的電磁干擾。在大電流或高電壓下的快速開關動作是產生電磁雜訊的根本，因此盡可能選用產生電磁雜訊小的電路拓撲，如在同等條件下雙管正激拓撲比單管正激拓撲產生電磁雜訊要小，全橋電路比半橋電路產生電磁雜訊要小。
如圖所示增加吸收電路後開關管上的電流、電壓波形與沒有吸收迴路時的波形比較。
3.高頻變壓器的電磁相容設計
在高頻變壓器t1的設計時，盡量選用電磁遮蔽性較好的磁芯材料。
如圖所示，c7、c8為匝間耦合電路，c11為繞組間耦合電容，在變壓器繞制時，盡量減小分布電容c11，以減小變壓器原邊的高頻干擾耦合到次邊繞組。另外為進一步減小電磁干擾，可在原、次邊繞組間增加乙個遮蔽層，遮蔽層良好接地，這樣變壓器原、次邊繞組對遮蔽層間就形成耦合電容c9、c10，高頻干擾電流就通過c9、c10流到大地。
由於變壓器是乙個發熱元件，較差的散熱條件必然導致變壓器溫度公升高，從而形成熱輻射，熱輻射是以電磁波形式對外傳播，因此變壓器必須有很好的散熱條件。
通常將高頻變壓器封裝在乙個鋁殼盒內，鋁盒還可安裝在鋁散熱器上，並灌注電子矽膠，這樣變壓器即可形成較好的電磁遮蔽，還可保證有較好的散熱效果，減小電磁輻射。
5. 輸出整流電路電磁相容設計
如圖所示為輸出半波整流電路，v6為整流二極體，v7為續流二極體，由於v6、v7工作於高頻開關狀態，因此輸出整流電路的電磁干擾源主要是v6和v7，r5、c12和r6、c13分別連線成v6、v7的吸收電路，用於吸收其開關動作時產生的電壓尖峰，並以熱的形式在r5、r6上消耗。
減少整流二極體的數量就可減小電磁干擾的能量，因此同等條件下，採用半波整流電路比採用全波整流和全橋整流產生的電磁干擾要小。
為減小二極體的電磁干擾，必須選用具有軟恢復特性的、反向恢復電流小、反向恢復時間短的二極體器件。從理論上講，肖特基勢壘二極體（sbd）是多數載流子導流，不存在少子的儲存與復合效應，因而也就不會有反向電壓尖峰干擾，但實際上對於較高反向工作電壓的肖特基二極體，隨著電子勢壘厚度的增加，反向恢復電流會增大，也會產生電磁雜訊。因此在輸出電壓較低的情況下選用肖特基二極體作直流二極體產生的電磁干擾會比選用其它二極體器件要小。
6. 輸出直流濾波電路的電磁相容設計
輸出直流濾波電路主要用於切斷電磁傳導干擾沿導線向輸出負載端傳播，減小電磁干擾在導線周圍的電磁輻射。
如圖所示，l2、c17、c18組成的lc濾波電路，能減小輸出電流、電壓紋波的大小，從而減小通過輻射傳播的電磁干擾，濾波電容c17、c18盡量採用多個電容併聯，減小等效串聯電阻，從而減小紋波電壓，輸出電感l2值盡量大，減小輸出紋波電流的大小，另外電感l2最好使用不開氣隙的閉環磁芯，最好不是飽和電感。在設計時，我們要記住，導線上有電流、電壓的變化，在導線周圍就有變化的電磁場，電磁場就會沿空間傳播形成電磁輻射。
c19用於濾除導線上的共模干擾，盡量選用低感電容，且接線要短，c20、c21、c22、c23用於濾除輸出線上的差模干擾，宜選用低感的三端電容，且接地線要短，接地可靠。
z3為直流emi濾波器，根據情況使用或不使用，是採用單級還是多級濾波器，但要求z3直接安裝在金屬機箱上，最好濾波器輸入、輸出線能遮蔽隔離。
7. 接觸器、繼電器等其它開關器件電磁相容設計
繼電器、接觸器、風機等在掉電後，其線圈將產生較大的電壓尖峰，從而產生電磁干擾，為此在直流線圈兩端反併聯乙個二極體或rc吸收電路，在交流線圈兩端併聯乙個壓敏電阻用於吸收線圈掉電後產生的電壓尖峰。同時要注意如果接觸器線圈電源與輔助電源的輸入電源為同乙個電源，之間最好通過乙個emi濾波器。繼電器觸頭動作時也將產生電磁干擾，因此要在觸頭兩端增加rc吸收迴路。
8. 開關電源箱體結構的電磁相容設計
材料選擇：沒有「磁絕緣」材料，電磁遮蔽是利用「磁短路」的原理，來切斷電磁干擾在裝置內部與外界空氣中的傳播路徑。在進行開關電源的箱體結構設計時，要充分考慮對電磁干擾的遮蔽效能，對於遮蔽材料的選擇原則是，當干擾電磁場的頻率較高時，選用高電導率的金屬材料，遮蔽效果較好；當干擾電磁波的頻率較低時，要採用高導磁率的金屬材料，遮蔽效果較好；在某些場合下，如果要求對高頻和低頻電磁場都具有良好的遮蔽效果時，往往採用高電導率和高導磁率的金屬材料組成多層遮蔽體。
孔洞、縫隙、搭接處理方法：採用電磁遮蔽方法無需重新設計電路，便可達到很好的電磁相容效果。理想的電磁遮蔽體是乙個無縫隙、無孔洞、無透入的導電連續體，低阻抗的金屬密封體，但是乙個完全密封的遮蔽體是沒有實用價值的，因為在開關電源裝置中，有輸入、輸出線過孔、散熱通風孔等孔洞，以及箱體結構部件之間的搭接縫隙，如果不採取措施將會產生電磁洩漏，使箱體的遮蔽效能降低、甚至完全喪失。
因此在開關電源箱體設計時，金屬板之間的搭接最好採用焊接，無法焊接時要使用電磁密封墊或其它的遮蔽材料，箱體上的開孔要小於要遮蔽的電磁波的波長的1/2，否則遮蔽效果將大大降低；對於通風孔，在遮蔽要求不高時可以使用穿孔金屬板或金屬化絲網，在要求既要遮蔽效能高，又要通風效果好時選用截至波導管等方法，提高遮蔽體的遮蔽效能。如果箱體的遮蔽效能仍無法滿足要求時，可以在箱體上噴塗遮蔽漆。除了對開關電源整個箱體的遮蔽之外，還可以對電源裝置內部的元件、部件等干擾源或敏感裝置進行區域性遮蔽。
在進行箱體結構設計時，針對裝置上所有會受到靜電放電試驗的部分，設計出一條低阻抗的電流洩放路徑，箱體必須有可靠的接地措施，並且要保證接地線的載流能力，同時將敏感電路或元件遠離這些洩放迴路，或對其採用電場遮蔽措施。對於結構件的表面處理，一般主要電鍍銀、鋅、鎳、鉻、錫，這需要從導電性能、電化學反應、成本及電磁相容性等多方面考慮後做出選擇。
通訊開關電源的電磁相容性
1引言通訊開關電源因具有體積小 重量輕 效率高 工作可靠 可遠端監控等優點，而廣泛應用於程式控制交換 光資料傳輸 無線基站 有線電視系統及ip網路中，是資訊科技裝置正常工作的動力核心。隨著資訊科技的發展，資訊科技裝置遍布大江南北，從發達的中心城市至偏遠山區，為人與人之間的溝通交流及資訊傳輸提供了極大...
抑制開關電源電磁干擾的方法
深圳市森樹強電子科技 開關電源電磁干擾的產生機理 開關電源產生的干擾,按雜訊干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種 若按耦合通路來分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。現在按雜訊干擾源來分別說明 1 二極體的反向恢復時間引起的干擾 高頻整流迴路中的整流二極體正嚮導通時有較大的正向電流流過,在其受反...
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