综述开关电源EMC产生机理及其对策

测量;

　　测量频率范围：GB规定的测量范围为30MHz ~ 1GHz，随着时钟频率的升高，有扩展到18GHz的趋势，GJB规定的测量频率范围为10kHz ~ 18GHz。

　　EUT的布置：GB和GJB都要求EUT按照实际工作状态布置(互联电缆和所连接的外部设备全部按实际状态连接)，GB要求EUT放置在木制测试台上，GJB要求EUT放置在金属板上。距离地面的距离为0.8米;

　　检波方式：干扰测量仪的读数与检波方式有关，因此标准中都明确规定检波方式，GB要求准峰值检波，GJB要求峰值检波;

　　最大辐射点：与处理电磁兼容问题的原则相同，仅关心最坏情况。因此，以EUT的最大辐射值为测量结果。最大辐射值的含义有4个，第一：EUT的工作状态处于最大辐射状态，第二：EUT最大辐射面对着天线，第三：天线的极化方向为接收最大场强的方向，第四：天线的高度为接收最大场强的位置。GJB中，没有第四点的要求，即，天线的高度是固定的。

　　GB(中国国家标准)：基本采用CISPR和IEC标准，目前已发布57个。

　　GJB(中国军用标准)：基本采用美军标，例如GJB151A = MIL-STD –461D。

　　测量设备：

　　骚扰测量设备：用来定量计量骚扰强度的设备，可以是EMI测量接收机，也可以是频谱分析仪，频率范围要覆盖150KHz~30MHz，具有峰值、准峰值和平均值检波功能。

　　线路阻抗稳定网络(LISN)：由于电源端子传导发射的强度与电网的阻抗有关，因此为了使测量具有唯一性，必须在特定的阻抗条件下测量，LISN就提供了这样一个环境，GB9254标准中使用的LISN为50Ω/50μH。

　　接地平板：受试设备要放置在接地金属板上进行试验，该金属板比被测设备边框大0.5米，最小尺寸为2m×2m。

　　电快速脉冲试验模拟电网中的感性负载断开时产生的干扰。这种干扰不仅会出现在电源线上，而且会耦合到信号线上。因此，这个试验要对电源线和信号线做。设备能够通过浪涌试验，并不意味着也能通过电快速脉冲试验。一方面是因为后者的频率成份远高于前者，具备不同的干扰机理，令一方面是因为电快速脉冲试验中施加的干扰是重复性，这对电路具有一种积分效应，是电路中的积分型抗干扰电路实效。

　　频谱分析仪能够快速地在较宽的频率范围内扫描，因此是诊断电磁干扰发射的方便工具。使用频谱分析仪时需要注意的问题：频谱分析仪不能观测瞬间干扰，如静电放电、雷电等;频谱分析仪的扫描时间不能设置得太短，即不能使扫描速度太快;从频谱分析仪屏幕上读取频率与幅度数据时，其精度与频谱仪的扫描范围有关，范围越窄，精度越高;当输入信号过大时，频谱分析仪会发生过载，使读取的幅度数据比实际的小，用输入衰减器可以避免过载;减小频谱仪的中频带宽可以提高仪器的灵敏度(和选择性)，但扫描时间会更长;宽带信号的幅度会随着中频分辨带宽的增加而增加。

　　电磁干扰(EMI)接收机是另一种测量电磁干扰的设备，许多人在选购仪器时搞不懂接收机与频谱仪之间的区别，下面做一简单比较：

　　所有的接收机都标准配置预选器(频谱仪需要选配)，能够有效地抑制带外噪声;所有的接收机用基频混频方式(频谱仪使用基频和谐频混频)，具有较高的灵敏度;接收机的中频滤波器为矩形(频谱仪的中频滤波器为高斯形)，具有更好的选择性;接收机适合于正式测量，不适合于诊断。

　　EMC试验室有华测(CTI)、SGS、信测、信华、华通威、冠准、莫特、广州ETL、广州五所、东莞经续、东莞沃特、厚街北南、长安世鸿、长安硕信(ATT)、大朗信宝、塘夏欧标、摩尔实验室、经续检验技术有限公司等。像美国的FCC只测EMI中的辐射和传导，不测EMS。有些国家EMI和EMS是分开测的，有些国家是一起像CCC认证CE认证。现在很多电器类产品做CE还要加测电磁波骚扰EMF，标准是EN-50336。电源EMI技术就算能达到标准，有的产品要求要达一定的湿度测试。在深圳湿试控制都比较难做。深圳几家大实验室，都比较难，空间问题。EMI不只包括传导，辐射，电流谐波与电压闪烁也是EMI的部分。谐波和闪烁是设备对外的，而不是外界对设备的，所以是EMI，不是EMS。

　开关电源电磁干扰的产生机理及其传播途径

　　功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因。开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量，另一方面也导致了更为严重的EMI问题。开关电源工作时，其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的，因此，开关电源本身是一个噪声发生源。开关电源产生的干扰，按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源，或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。现在按噪声干扰源来分别说明：

　　1、二极管的反向恢复时间引起的干扰

　　交流输入电压经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压，经电容平滑后变为直流，但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。由电流波形可知，电流中含有高次谐波。大量电流谐波分量流入电网，造成对电网的谐波污染。另外，由于电流是脉冲波，使电源输入功率因数降低。

　　高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向截止时，由于PN结中有较多的载流子积累，因而在载流子消失之前的一段时间里，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。

　2、开关管工作时产生的谐波干扰

　　功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在 阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐 波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生 尖峰干扰。

　　3、交流输入回路产生的干扰

　　无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量，通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量，通过输入输出线传播时，都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。

4、其他原因

　　元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布 置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。

　　Flyback 架构noise 在频谱上的反应

　　0.15 MHz处产生的振荡是开关频率的3次谐波引起的干扰。

　　0.2 MHz处产生的振荡是开关频率的4次谐波和MOSFET 振荡2(190.5KHz)基波的迭加，引起的干扰;所以这部分较强。

　　0.25 MHz处产生的振荡是开关频率的5次谐波引起的干扰;

　　0.35 MHz处产生的振荡是开关频率的7次谐波引起的干扰;

　　0.39 MHz处产生的振荡是开关频率的8次谐波和MOSFET 振荡2(190.5KHz)基波的迭加引起的干扰;

　　1.31MHz处产生的振荡是Diode 振荡1(1.31MHz)的基波引起的干扰;

　　3.3 MHz处产生的振荡是MOSFET 振荡1(3.3MHz)的基波引起的干扰;

　　开关管、整流二极管的振荡会产生较强的干扰

　　设计开关电源时防止EMI的措施:

　　1.把噪音电路节点的PCB铜箔面积最大限度地减小;如开关管的漏极、集电极，初次级绕组的节点，等。

　　2.使输入和输出端远离噪音元件，如变压器线包，变压器磁芯，开关管的散热片，等等。

　　3. 使噪音元件(如未遮蔽的变压器线包，未遮蔽的变压器磁芯，和开关管，等等)远离外壳边缘，因为在正常操作下外壳边缘很可能靠近外面的接地线。

　　4. 如果变压器没有使用电场屏蔽，要保持屏蔽体和散热片远离变压器。

　　5. 尽量减小以下电流环的面积：次级(输出)整流器，初级开关功率器件，栅极(基极)驱动线路，辅助整流器。

　　6.不要将门极(基极)的驱动返馈环路和初级开关电路或辅助整流电路混在一起。

　　7.调整优化阻尼电阻值，使它在开关的死区时间里不产生振铃响声。

　　8. 防止EMI滤波电感饱和。

　　9.使拐弯节点和 次级电路的元件远离初级电路的屏蔽体或者开关管的散热片。

　　10.保持初级电路的摆动的节点和元件本体远离屏蔽或者散热片。

　　11.使高频输入的EMI滤波器靠近输入电缆或者连接器端。

　　12.保持高频输出的EMI滤波器靠近输出电线端子。

　　13. 使EMI滤波器对面的PCB板的铜箔和元件本体之间保持一定距离。

　　14.在辅助线圈的整流器的线路上放一些电阻。

　　15.在磁棒线圈上并联阻尼电阻。

　　16.在输出RF滤波器两端并联阻尼电阻。

　　17.在PCB设计时允许放1nF/ 500 V陶瓷电容器或者还可以是一串电阻，跨接在变压器的初级的静端和辅助绕组之间。

　　18.保持EMI滤波器远离功率变压器;尤其是避免定位在绕包的端部。

　　19.在PCB面积足够的情况下, 可在PCB上留下放屏蔽绕组用的脚位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽绕组两端。

20.空间允许的话在开