开关电源EMI设计小结

### 开关电源EMI设计小结 #### 一、开关电源EMI源解析 开关电源在运行过程中会产生电磁干扰(EMI)，这些干扰主要来源于内部元件的快速切换以及外部环境的影响。 1. **功率开关管**：功率开关管在工作过程中处于高速开关状态，其电压变化率(dv/dt)和电流变化率(di/dt)都非常高，这使得功率开关管成为产生EMI的主要源头之一。由于快速变化的电流和电压，功率开关管不仅能够产生电场耦合干扰，还能产生磁场耦合干扰。 2. **高频变压器**：高频变压器中的漏感会导致电流快速变化(di/dt)，这种变化会产生较强的磁场耦合干扰。因此，高频变压器也是EMI的一个重要来源。 3. **整流二极管**：整流二极管在反向恢复过程中会产生高dv/dt，进而导致强烈的电磁干扰。这一过程通常发生在二极管从正向导通状态转变为反向截止状态时，反向恢复电流的断续会在引线电感和杂散电感中产生较高的电压变化率。 4. **PCB设计**：PCB板的设计质量直接影响到EMI的抑制效果。良好的PCB布局可以有效地减少EMI源之间的耦合，从而降低EMI的产生。 #### 二、EMI传输通道分类及特点 EMI可以通过传导和辐射两种方式传播，具体包括： 1. **传导干扰**： - 容性耦合：通过电容性连接，如寄生电容，将干扰信号从一个电路传到另一个电路。 - 感性耦合：通过互感效应将干扰信号从一个电路传递到另一个电路。 - 电阻耦合：主要包括： - 公共电源内阻产生的电阻传导耦合。 - 公共地线阻抗产生的电阻传导耦合。 - 公共线路阻抗产生的电阻传导耦合。 2. **辐射干扰**： - 在开关电源中，元器件和导线可以视为天线，产生电磁波。根据电偶极子和磁偶极子理论，二极管、电容、功率开关管可以被视为电偶极子；电感线圈则被视为磁偶极子。 - 当存在屏蔽体时，需要考虑屏蔽体的缝隙和孔洞对电磁波的泄露影响。 #### 三、EMI抑制的九大措施 针对开关电源EMI的产生机理，可以采取以下九项措施来有效抑制EMI： 1. **减小dv/dt和di/dt**：通过优化开关管的驱动电路或者使用软开关技术来降低电压和电流变化率，从而减少EMI的产生。 2. **压敏电阻的应用**：利用压敏电阻来吸收瞬态过电压，保护电路免受浪涌电压的损害。 3. **阻尼网络抑制过冲**：在电路中加入RC阻尼网络来抑制电压和电流的过冲现象。 4. **采用软恢复特性的二极管**：选用具有较慢反向恢复时间的二极管，减少反向恢复过程中产生的EMI。 5. **有源功率因数校正**：通过采用有源功率因数校正(APFC)技术来改善电源效率，减少谐波失真。 6. **电源线滤波器的设计**：合理设计电源线滤波器来过滤掉高频干扰。 7. **合理的接地处理**：良好的接地设计可以有效减少EMI的传播。 8. **有效的屏蔽措施**：通过使用屏蔽材料和技术来隔离干扰源。 9. **合理的PCB设计**：优化PCB布局，如正确布置电源和地线、合理布线等，以减少EMI。 #### 四、高频变压器漏感控制 1. **选择合适磁芯**：选择合适的磁芯材料，降低变压器的漏感。 2. **减小绕组间的绝缘层**：使用更薄的绝缘材料，如“黄金薄膜”，既能保证足够的绝缘性能，又能降低漏感。 3. **增加绕组间的耦合度**：通过优化绕组结构来提高耦合度，从而降低漏感。 #### 五、高频变压器的屏蔽 为了防止高频变压器的漏磁对周边电路造成干扰，可以采用屏蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带通常由铜箔制成，并进行接地处理。此外，还可以通过使用环氧树脂或玻璃珠胶合剂来固定磁芯，减少高频变压器在工作过程中产生的噪音。 通过对以上知识点的学习，我们可以了解到开关电源EMI设计的关键要素及其解决方案，这对于提高开关电源的性能和可靠性具有重要意义。