电源技术—开关电源EMI的一些设计经验

### 电源技术——开关电源EMI的设计经验 #### 一、开关电源EMI源解析 开关电源中的EMI（电磁干扰）源主要包括功率开关管、整流二极管、高频变压器等内部组件，以及电网波动、雷击和外界辐射等外部因素。 1. **功率开关管**：工作在快速开关状态下的功率开关管会产生剧烈变化的电压和电流（dv/dt和di/dt），这使其成为EMI的主要来源之一。这些变化会产生电场和磁场耦合，导致EMI问题。 2. **高频变压器**：高频变压器由于其漏感的存在，在开关过程中会产生快速变化的电流（di/dt），进而产生磁场耦合，是EMI的另一个重要来源。 3. **整流二极管**：整流二极管在反向恢复过程中产生的电流断续点会在引线电感和其他杂散电感中产生高dv/dt，引发强烈的EMI。 4. **PCB（印制电路板）**：PCB作为上述EMI源之间的耦合通道，其设计质量直接影响到EMI的抑制效果。 #### 二、开关电源EMI传输通道分类 1. **传导干扰的传输通道** - 容性耦合：通过电容性连接在不同电路之间传递干扰信号。 - 感性耦合：通过互感作用在邻近导体之间传输干扰。 - 电阻耦合：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. **辐射干扰的传输通道** - 在开关电源中，元件如二极管、电容和功率开关管可以视为电偶极子，而电感线圈则可以看作磁偶极子，它们都可以作为辐射干扰源。 - 当不存在屏蔽体时，这些偶极子产生的电磁波将通过空气（自由空间）传播。 - 存在屏蔽体的情况下，则需考虑屏蔽体的缝隙和孔洞对电磁波的泄漏效应。 #### 三、开关电源EMI抑制措施 针对开关电源的EMI问题，可以从以下几个方面入手： 1. **减小dv/dt和di/dt**：通过软开关技术等方法来降低电压和电流的突变率，减少EMI的产生。 2. **压敏电阻的应用**：合理配置压敏电阻可以有效降低浪涌电压，减少EMI的影响。 3. **阻尼网络**：利用阻尼网络抑制电压或电流的过冲现象，减少EMI。 4. **采用软恢复特性的二极管**：这类二极管可以降低高频段EMI，改善电源性能。 5. **有源功率因数校正**：采用APFC技术不仅可以改善功率因数，还能减少谐波干扰，降低EMI。 6. **电源线滤波器的设计**：精心设计的电源线滤波器能够有效抑制传导干扰。 7. **合理的接地处理**：良好的接地系统可以减少EMI，提高系统的稳定性。 8. **有效的屏蔽措施**：利用金属屏蔽壳或屏蔽带减少辐射干扰的扩散。 9. **合理的PCB设计**：优化PCB布局，减少信号线之间的耦合，降低EMI。 #### 四、高频变压器漏感控制 1. **选择合适的磁芯**：选择低漏感的磁芯材料可以显著降低漏感。 2. **减小绕组间的绝缘层**：“黄金薄膜”等新型绝缘材料不仅减少了绝缘层厚度，还提高了绝缘性能。 3. **增加绕组间耦合度**：通过改进绕组设计来增强绕组间的磁通耦合，减少漏感。 #### 五、高频变压器的屏蔽与降噪 1. **使用屏蔽带**：在变压器外部绕上铜箔制成的屏蔽带并进行接地，可以有效抑制漏磁场。 2. **加固措施**：使用环氧树脂或“玻璃珠”胶合剂固定磁心，减少磁心间的相对位移，降低工作过程中的噪声。 通过上述方法，可以在设计阶段有效地控制开关电源中的EMI问题，提高电源的整体性能和可靠性。