开关电源EMC产生机理及其对策

开关电源EMI产生机理及整改经验总结整理：柏自飞共模（CM）干扰变换器工作在高频情况时，由于dv/dt很高，激发变压器线圈间、以及开关管与散热片间的寄生电容，从而产生了共模干扰。

如图1所示，共模干扰电流从具有高dv/dt的开关管出发流经接地散热片和地线，再由高频LISN网络（由两个50Ω电阻等效）流回输入线路。

图1 典型开关变换器中共模、差模干扰的传播路径根据共模干扰产生的原理，实际应用时常采用以下几种抑制方法：1）优化电路器件布置，尽量减少寄生、耦合电容。

2）延缓开关的开通、关断时间。

但是这与开关电源高频化的趋势不符。

3）应用缓冲电路，减缓dv/dt的变化率。

差模（DM）干扰开关变换器中的电流在高频情况下作开关变化，从而在输入、输出的滤波电容上产生很高的di/dt，即在滤波电容的等效电感或阻抗上感应了干扰电压。

这时就会产生差模干扰。

故选用高质量的滤波电容（等效电感或阻抗很低）可以降低差模干扰。

辐射干扰的产生和传播辐射干扰又可分为近场干扰〔测量点与场源距离<λ/6（λ为干扰电磁波波长）〕和远场干扰（测量点与场源距离>λ/6）。

由麦克斯韦电磁场理论可知，导体中变化的电流会在其周围空间中产生变化的磁场，而变化的磁场又产生变化的电场，两者都遵循麦克斯韦方程式。

而这一变化电流的幅值和频率决定了产生的电磁场的大小以及其作用范围。

在辐射研究中天线是电磁辐射源，在开关电源电路中，主电路中的元器件、连线等都可认为是天线，可以应用电偶极子和磁偶极子理论来分析。

分析时，二极管、开关管、电容等可看成电偶极子；电感线圈可以认为是磁偶极子;一． 1MHZ以内，以差模干扰为主。

（整改建议）1.增大X电容量；2.添加差模电感；3.小功率电源可采用 PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。

二 . 1MHZ-5MHZ，差模共模混合，采用输入端并联一系列 X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决，（整改建议）1.对于差模干扰超标可调整 X 电容量,添加差模电感器，调差模电感量；2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制；3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如 FR107 一对普通整流二极管1N4007。

论开关电源EMC产生机理及设计将分析开关电源电磁干扰的各种产生机理，并在其基础之上，主要从滤波、屏蔽、PCB的设计、接地等方面提出开关电源EMC的设计原则及注意事项，提出开关电源的电磁兼容设计方法。

标签：开关电源；电磁兼容（EMC）EMC（Electromagnetic Compatibility）是电磁兼容，它包括EMI（电磁骚扰）和EMS（电磁抗骚扰）。

1 开关电源的电磁干扰分析开关电源首先将工频交流整流为直流，再逆变为高频，最后经过整流滤波电路输出，得到稳定的直流电压，因此自身含有大量的谐波干扰。

同时，由于变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰，都形成了潜在的电磁干扰。

1.1 开关电路产生的电磁干扰开关电路是开关电源的主要干扰源之一。

开关电路是开关电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。

它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。

电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变，这种瞬变是一种传导型电磁干扰，既影响变压器初级，还会使传导干扰返回配电系统，造成电网谐波电磁干扰，从而影响其他设备的安全和经济运行。

1.2 整流电路产生的电磁干扰整流电路中，在输出整流二极管截止时有一个反向电流，它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。

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。

1.3 高频变压器高频变压器的初级线圈、开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路可能会产生较大的空间辐射，形成辐射干扰。

如果电容滤波容量不足或高频特性不好，电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成传导干扰。

1.4 分布电容引起的干扰开关电源工作在高频状态，因而其分布电容不可忽略。

一方面，散热片与开关管集电极间的绝缘片接触面积较大，且绝缘片较薄，因此两者间的分布电容在高频时不能忽略。

电源设计中的EMC问题与解决方法在电源设计过程中，电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）问题是一个需要被高度关注的重要方面。

EMC问题的存在可能导致电子设备之间的相互干扰，从而影响系统的正常工作。

因此，深入了解电源设计中的EMC问题并寻求解决方法，对于保证产品稳定性和可靠性具有重要意义。

首先，我们来了解一些常见的EMC问题。

电源设计中的EMC问题主要包括以下几个方面：1. 电源线干扰：电源线作为电源输入和输出的连接途径，可能成为传导干扰的通道。

当电源线上的高频噪声传导到其他部分时，会引起其他电子设备的干扰，影响其正常使用。

2. EMI辐射：电源设备在工作过程中会产生电磁辐射，如果辐射幅度过高，可能会对周围的其他设备和信号线路产生干扰，使其无法正常工作。

3. 地线干扰：地线是电路中的参考电位点，负责回流电流。

但如果地线的阻抗较大或者回流电流过大，可能会导致地线产生较大的共模干扰，进而影响整个系统的正常工作。

接下来，我们将介绍一些解决电源设计中EMC问题的方法：1. 合理的布局设计：在电源设计过程中，应注意合理的布局设计。

通过将不同电路板的布局位置安排合理，减小信号之间的干扰。

将高频和低频电路分开布局，采用屏蔽罩等措施对敏感电路进行隔离，以减少电磁辐射和传导干扰。

2. 使用滤波器：在电源设计中，适当选择并使用滤波器可以有效减小电源线上的高频噪声。

滤波器能够过滤掉不需要的高频干扰信号，提高电源线的电磁兼容性。

3. 优化接地设计：合理的地线设计对于解决地线干扰问题至关重要。

通过降低地线的阻抗并增加回流电流的路径，减小共模干扰的产生。

同时，合理选择接地点，如使用星型接地方式，可以减少单点接地带来的电磁干扰。

4. 选择合适的电源元件：在电源设计中，选择合适的电源元件也能够有效降低EMC问题。

例如，采用能够提供更好电源抗干扰能力的开关电源，选择低电磁辐射的磁性元件等。

开关电源的EMC设计
因体积小、功率因数较大等优点，在通信、控制、计算机等领域应用广泛。

但因为会产生电磁干扰，其进一步的应用受到一定程度上的限制。

本文将分析开关电源电磁干扰的各种产生机理，并在其基础之上，提出开关电源的电磁兼容设计办法。

开关电源的电磁干扰分析
开关电源的结构1所示。

首先将工频沟通整流为直流，再逆变为高频，最后再经整流滤波输出，得到稳定的直流。

电路设计及布局不合理、机械振动、接地不良等都会形成内部电磁干扰。

同时，的漏感和输出的反向复原造成的尖峰，也是潜在的强干扰源。

图1 AC/DC开关电源基本框图
1 内部干扰源●开关电路
开关电路主要由开关管和高频变压器组成。

开关管及其散热片与外壳和电源内部的引线间存在分布，它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲，频带较宽且谐波丰盛。

开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。

当本来导通的开关管关断时，高频变压器的漏感产生了反电势E ＝-Ldi/dt，其值与集电极的电流变幻率成正比，与漏感成正比，迭加在关断电压上，形成关断电压尖峰，从而形成传导干扰。

●整流电路的整流二极管
输出整流二极管截止时有一个反向电流，其复原到零点的时光与结电容等因素有关。

它会在变压器漏感和其他分布参数的影响下产生很大的电流变幻di/dt，产生较强的高频干扰，频率可达几十兆赫兹。

●杂散参数
因为工作在较高频率，开关电源中的低频元器件特性会发生变幻，由此产生噪声。

在高频时，杂散参数对耦合通道的特性影响很大，而分
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开关电源EMC的三个规律及三个要素深圳市森树强电子科技有限公司1、EMC三个重要规律1.1、环路电流频率f越高，引起的EMI辐射越严重，电磁辐射场强随电流频率f的平方成正比增大。

减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要途径之二，就是想方设法减小骚扰源高频电流频率f，即减小骚扰电磁波的频率f。

1.2、EMC费效比关系规律： EMC问题越早考虑、越早解决，费用越小、效果越好。

在新产品研发阶段就进行EMC设计，比等到产品EMC测试不合格才进行改进，费用可以大大节省，效率可以大大提高;反之，效率就会大大降低，费用就会大大增加。

经验告诉我们，在功能设计的同时进行EMC设计，到样板、样机完成则通过EMC测试，是最省时间和最有经济效益的。

相反，产品研发阶段不考虑EMC，投产以后发现EMC不合格才进行改进，非但技术上带来很大难度、而且返工必然带来费用和时间的大大浪费，甚至由于涉及到结构设计、PCB设计的缺陷，无法实施改进措施，导致产品不能上市。

1.3、高频电流环路面积S越大, EMI辐射越严重。

高频信号电流流经电感最小路径。

当频率较高时，一般走线电抗大于电阻，连线对高频信号就是电感，串联电感引起辐射。

电磁辐射大多是EUT被测设备上的高频电流环路产生的，最恶劣的情况就是开路之天线形式。

对应处理方法就是减少、减短连线，减小高频电流回路面积，尽量消除任何非正常工作需要的天线，如不连续的布线或有天线效应之元器件过长的插脚。

减少辐射骚扰或提高射频辐射抗干扰能力的最重要任务之一，就是想方设法减小高频电流环路面积S。

2、EMC问题三要素开关电源及数字设备由于脉冲电流和电压具有很丰富的高频谐波，因此会产生很强的辐射。

电磁干扰包括辐射型(高频) EMI、传导型(低频)EMI，即产生 EMC问题主要通过两个途径:一个是空间电磁波干扰的形式;另一个是通过传导的形式，换句话说，产生EMC问题的三个要素是：电磁干扰源、耦合途径、敏感设备。

为什么开关电源会产生emi_有什么抑制方法与传统的线性稳压电源相比，开关电源不需要沉重的电源变压器，具有体积小、重量轻、效率高、待机功耗低、稳压范围宽等特点，广泛用于空间技术、雷达、计算机及外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域。

然而，开关电源自身产生的各种电磁骚扰占有很宽的频带和较强的幅度，如果控制不当会通过传导和辐射对周围设备产生电磁干扰，污染电磁环境，成为一个很强的电磁干扰源。

这些干扰随着开关频率的提高、输出功率的增大而明显地增强，对电子设备的正常运行构成了潜在的威胁。

如何抑制开关电源的电磁骚扰，以提高相应电子产品的质量，使之符合有关电磁兼容标准的要求，已成为抛开沉重的线性电源换用轻便的开关电源的产品设计者们面对的首要问题开关电源是一种应用功率半导体器件并综合电力变换技术、电子电磁技术、自动控制技术等的电力电子产品。

因其具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、工作稳定、安全可靠以及稳压范围宽等优点，而被广泛应用于计算机、通信、电子仪器、工业自动控制、国防及家用电器等领域。

但是开关电源瞬态响应较差、易产生电磁干扰，且EMI信号占有很宽的频率范围，并具有一定的幅度。

这些EMI信号经过传导和辐射方式污染电磁环境，对通信设备和电子仪器造成干扰，因而在一定程度上限制了开关电源的使用。

开关电源的干扰源分析开关电源产生电磁干扰最根本的原因，就是其在工作过程中产生的高di/dt和高dv/dt，它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。

工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。

开关电源中的电压电流波形大多为接近矩形的周期波，比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。

对于矩形波，周期的倒数决定了波形的基波频率；两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数决定了这些边缘引起的频率分量的频率值，典型的值在MHz范围，而它的谐波频率就更高了。

这些高频信号都对开关电源基本信号，尤其是控制电路的信号造成干扰。

开关电源EMC过不了的主要原因解析
开关电源EMC过不了的主要原因
解析
电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

所谓电磁干扰是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。

而所谓电磁干扰是指因电磁干扰而引起的设备或系统的性能下降。

EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部份，所谓EMI 电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声;而EMS 乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

本文首先介绍了EMC的分类及标准，其次阐述了开关电源EMC干扰产生的原因，最后介绍了开关电源EMC过不了的主要原因，具体的跟随小编一起来了解一下。

开关电源EMC过不了的主要原因解析电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。

因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。

所谓电磁干扰是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。

而所谓电磁干扰是指因电磁干扰而引起的设备或系统的性能下降。

EMC包括EMI(电磁干扰)及EMS(电磁耐受性)两部份，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声;而EMS 乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。

本文首先介绍了EMC的分类及标准，其次阐述了开关电源EMC干扰产生的原因，最后介绍了开关电源EMC过不了的主要原因，具体的跟随小编一起来了解一下。

EMC的分类及标准EMC(ElectromagneTIc CompaTIbility)是电磁兼容，它包括EMI(电磁骚扰)和EMS(电磁抗骚扰)。

EMC定义为：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何设备的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

EMC整的称呼为电磁兼容。

EMP是指电磁脉冲。

EMC = EMI + EMS EMI ：?磁干? EMS ：?磁相容性(免疫力)EMI可分为传导ConducTIon及辐射RadiaTIon两部分，Conduction规范一般可分为：FCC Part 15JClass B;CISPR 22(EN55022，EN61000-3-2，EN61000-3-3) Class B;国标IT类(GB9254，GB17625)和AV类(GB13837，GB17625)。

FCC测试频率在450K-30MHz，CISPR 22测试频率在150K--30MHz，Conduction可以用频谱分析仪测试，Radiation则必须到专门的实验室测试。

开关电源的EMC设计目前，大多数电子产品都选用开关电源供电，以节省能源和提高工作效率；同时越来越多的产品也都含有数字电路，以提供更多的应用功能。

开关电源电路和数字电路中的时钟电路是目前电子产品中最主要的电磁干扰源，它们是电磁兼容设计的主要内容。

下面以一个开关电源的电磁兼容设计过程进行分析。

图1是一个普遍应用的反激式或称为回扫式的开关电源工作原理图，50 Hz或60 Hz交流电网电压首先经整流堆整流，并向储能滤波电容器C5充电，然后向变压器T1与开关管V1组成的负载回路供电。

1）脉冲尖峰电流及其抑制措施。

一般电容器C5的容量很大，其两端电压纹波很小，大约只有输入电压的10％左右，而仅当输入电压Uin大于电容器C5两端电压的时候，整流二极管才导通。

因此在输入电压的一个周期内，整流二极管的导通时间很短，即导通角很小。

这样整流电路中将出现脉冲尖峰电流，如图2所示。

这种脉冲尖峰电流如用傅里叶级数展开，看成由非常多的高次谐波电流组成，这些谐波电流将会降低电源设备的使用效率，即功率因数很低，并会倒灌到电网，对电网产生污染。

当严重时还会引起电网频率的波动，即交流电源闪烁。

解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的方法是在整流电路中串联一个功率因数校正（PFC）电路，或差模滤波电感器。

图3是进行过电磁兼容设计后的电气原理图。

PFC电路一般为一个并联式升压开关电源，其输出电压一般为直流400 V，没有经功率因数校正之前的电源设备，其功率因数一般只有0.4～0.6，经校正后最高可达到0.98。

PFC电路虽然可以解决整流电路中出现脉冲尖峰电流过大的问题，但又会带来新的高频干扰问题，这同样也要进行严格的EMC设计。

用差模滤波电感器可以有效地抑制脉冲电流的高频成份，从而降低电流谐波干扰。

但是在开关电源电路里，差模电感的体积和重量受到限制，因而提高功率因数的作用有限。

图3中的L1为差模滤波电感器，差模滤波电感器一般用硅钢片材料制作，以提高电感量，为了防止大电流流过差模滤波电感器时产生磁饱和。