开关电源EMI电路设计技巧

开关电源EMI电路设计是电源设计中的一个重要环节，主要目的是减少电源工作时产生的电磁干扰（EMI），保证电源本身的正常工作以及不对其他设备产生干扰。本文将详细解读开关电源EMI电路设计中的技巧和方法，以及设计中需要注意的事项。 了解EMI的产生原理至关重要。开关电源工作时，由于高速的开关动作，会产生大量的电磁干扰。这些干扰可以分为差模干扰和共模干扰两大类。差模干扰主要是由电源的正负线路之间的电压波动产生的，而共模干扰则是由于线路和地之间的电压波动导致的。 在设计EMI电路时，需要考虑不同的频率范围，采取不同的滤波措施。对于1MHz以下的低频干扰，主要以差模干扰为主，可以通过增大X电容的方式来抑制。而当干扰频率在1MHz到5MHz之间时，干扰类型转为差模共模混合，此时需要在输入端并联一系列X电容，并且要分析干扰源并针对性解决。5MHz以上的高频干扰主要是共模干扰，需要采用专门针对共模干扰的抑制方法。 针对高频共模干扰，比如10MHz以上的干扰，可以采用磁环来减小干扰。具体方法是在地线上绕磁环两圈，可以有效衰减高频干扰。在25MHz到30MHz的频率范围内，可以通过增加对地Y电容，或在变压器外包裹铜皮等措施来减小干扰。在更高频段，如30MHz到50MHz，干扰通常是由于MOS管的高速开关动作造成的，这时可以通过增加MOS管驱动电阻或使用RCD缓冲电路来抑制干扰。 在100MHz到200MHz的频率范围内，干扰主要由输出整流管的反向恢复电流引起。可以通过在整流管上串磁珠来减小干扰。针对PFC MOSFET和PFC二极管的干扰，使用磁珠也是非常有效的办法，尽管在垂直方向上可能效果不佳。此外，也可以考虑在MOSFET和二极管上增加吸收回路来抑制干扰，但可能会影响效率。 除了上述频率区分的策略外，设计开关电源时防止EMI的措施还包括： 1. 减小噪声电路节点的PCB铜箔面积，例如开关管的漏极和集电极，以及初次级绕组节点等。 2. 使输入输出端远离噪声元件，例如变压器线包、磁芯以及开关管的散热片等。 3. 确保噪声元件远离外壳边缘，因为外壳边缘容易接触到外部接地线。 4. 如果没有使用电场屏蔽的变压器，应保持屏蔽体和散热片与变压器保持距离。 5. 减少电流环面积，包括次级整流器、初级开关功率器件、栅极驱动线路以及辅助整流器。 6. 避免将门极驱动返馈环路与初级开关电路或辅助整流电路混在一起。 7. 调整阻尼电阻值以防止振铃声。 8. 防止EMI滤波电感饱和。 9. 使拐弯节点和次级电路元件远离初级电路的屏蔽体或散热片。 10. 保持初级电路摆动节点和元件本体远离屏蔽体或散热片。 11. 将高频输入输出的EMI滤波器靠近输入电缆或连接器端以及输出电线端子。 12. 保持EMI滤波器与PCB板铜箔和元件本体之间一定距离。 13. 在辅助线圈的整流器线路上增加电阻，以及在磁棒线圈上并联阻尼电阻。 14. 在输出RF滤波器两端并联阻尼电阻。 15. 在变压器初级静端和辅助绕组之间放置1nF/500V陶瓷电容器或一串电阻。 16. 在PCB设计时留下放置屏蔽绕组脚位和RC阻尼器位置。 17. 如果空间允许，在开关功率场效应管漏极与门极之间放置小径向引线电容器。 18. 在直流输出端放置小RC阻尼器。 19. 避免将AC插座和初级开关管散热片靠在一起。 通过以上的方法和技巧，可以有效减少开关电源在设计中产生的EMI干扰，保证电源的稳定工作以及对其他设备的电磁兼容性。在实际设计过程中，需要综合考虑各种可能的干扰源和干扰途径，并采取相应的设计策略，以达到最佳的EMI控制效果。