开关电源EMI设计经验若干

开关电源是一种常见的电力转换设备，广泛应用于电子设备中。然而，开关电源在工作过程中会产生电磁干扰（EMI），这会影响同一电源系统内其他设备的正常工作，同时也会影响周边的电子设备。因此，对开关电源进行EMI设计至关重要。 开关电源的EMI干扰源主要包括功率开关管、整流二极管、高频变压器等关键元件。这些元件在开关动作时会产生高dv/dt和di/dt，导致电场和磁场耦合，进而产生干扰。功率开关管在On-Off快速循环转换时产生显著的电压和电流变化，是电磁干扰的主要源头。高频变压器由于漏感效应，其快速变化的di/dt也是一个重要的干扰源。整流二极管的反向恢复特性会导致电路中的电感在电流断续点产生高dv/dt，从而产生电磁干扰。PCB作为元器件安装的基础，其布线和布局直接影响EMI干扰的强度和传导路径。 开关电源的EMI传输通道可以分为传导干扰和辐射干扰。传导干扰包括容性耦合、感性耦合和电阻耦合。其中，电阻耦合可以通过公共电源内阻、公共地线阻抗、公共线路阻抗来传导。辐射干扰则是由于开关电源中的元器件和导线可以假设为天线，按电偶极子和磁偶极子理论进行分析。没有屏蔽体时，电磁波通过空气传播；有屏蔽体时，需要考虑屏蔽体的缝隙和孔洞，并采用泄漏场的数学模型进行分析。 为了抑制EMI，可以采取以下措施：（1）减小dv/dt和di/dt，即降低其峰值和减缓变化斜率；（2）合理使用压敏电阻，以降低浪涌电压；（3）利用阻尼网络抑制电压过冲；（4）采用具有软恢复特性的二极管，减少高频段的EMI；（5）采用有源功率因数校正和其他谐波校正技术；（6）设计合理的电源线滤波器；（7）合理进行接地处理；（8）采取有效的屏蔽措施；（9）进行合理的PCB设计。 高频变压器的漏感是导致EMI的一个重要因素，因此需要控制漏感。控制措施包括：（1）选择合适的磁芯以降低漏感；（2）减小绕组间绝缘层厚度；（3）提高绕组间的耦合度。此外，使用屏蔽带屏蔽高频变压器的漏磁场，以抑制漏磁干扰；采用加固措施防止变压器在工作中的位移导致的噪声。 在PCB设计方面，应当注意合理布局，以减少EMI源的影响。布线应尽量短而粗，远离高阻抗区域，减少环路面积，避免高速信号的边沿过于陡峭，以减少高频噪声的产生。同时，通过合理布局和设计，可以减少线路间的串扰和耦合。 值得注意的是，尽管采取了各种EMI抑制措施，但由于电磁环境日益复杂，EMI问题仍旧是开关电源设计中不可忽视的一环。在设计时，应持续关注最新的EMC标准和测试方法，确保产品设计满足最新要求，并能够适应未来更严格的电磁兼容性要求。