开关电源的电磁兼容技术简介

开关电源的电磁兼容性技术1 引言电磁兼容是一门新兴的跨学科的综合性应用学科。

作为边缘技术，它以电气和无线电技术的基本理论为基础，并涉及许多新的技术领域，如微波技术、微电子技术、计算机技术、通信和网络技术以及新材料等。

电磁兼容技术应用的范围很广，几乎所有现代化工业领域，如电力、通信、交通、航天、军工、计算机和医疗等都必须解决电磁兼容问题。

其研究的热点内容主要有：电磁干扰源的特性及其传输特性、电磁干扰的危害效应、电磁干扰的抑制技术、电磁频谱的利用和管理、电磁兼容性标准与规范、电磁兼容性的测量与试验技术、电磁泄漏与静电放电等。

电磁兼容的英文名称为Electromagnetic Compatibility，简称EMC。

所谓电磁兼容是指设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。

这里包含两层意思，即它工作中产生的电磁辐射要限制在一定水平内，另外它本身要有一定的抗干扰能力。

这便是设备研制中所必须解决的兼容问题。

电磁兼容技术涉及的频率范围宽达0 GHz ~400GHz，研究对象除传统设备外，还涉及芯片级，直到各种舰船、航天飞机、洲际导弹甚至整个地球的电磁环境。

电磁兼容三要素是干扰源（骚扰源）、耦合通路和敏感体。

切断以上任何一项都可解决电磁兼容问题，电磁兼容的解决常用的方法主要有屏蔽、接地和滤波。

2 电磁兼容技术名词（1）电磁兼容性电磁兼容性是指设备或者系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。

（2）电磁骚扰电磁骚扰是指任何可能引起设备、装备或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。

电磁骚扰可引起设备、传输通道或系统性能的下降。

它的主要要素有自然和人为的骚扰源、通过公共地线阻抗/内阻的耦合、沿电源线传导的电磁骚扰和辐射干扰等。

电子系统受干扰的路径为：经过电源，通过信号线或控制电缆、场渗透，经过天线直接进入；通过电缆耦合，从其他设备来的传导干扰；电子系统内部场耦合；其他设备的辐射干扰；电子设备外部耦合到内部场；宽带发射机天线系统；外部环境场等（3）电磁环境电磁环境是一种明显不传送信息的时变电磁现象，它可能与有用信号叠加或组合。

开关电源的电磁兼容技术Electromagnetic Compatibility Technology ofSwitching-Mode Power Supply姓名：班级：学号：邮箱：@2014.12摘要：本文介绍了开关电源电磁技术及电磁干扰的产生原因，针对这些原因综述了开关电源的电磁干扰控制技术。

关键词：开关电源；电磁兼容(EMC)；电磁干扰(EMI）1 概述电磁兼容（EMC，Electromagnetic Compatibility）是设备或系统在某种电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力，即在不损失有用信号所包括的信息条件下，信号和干扰共存的能力，就是使电子设备在复杂的电磁环境中能够正常工作互不干扰的技术，同时，它也是不对周围环境造成电磁污染的能力。

电磁兼容技术是一门新兴学科，主要是为了解决实践中广泛存在的电磁干扰问题。

电源是电子设备的重要组成部分，电源设备的供电质量及其可靠性直接影响到整个电子设备的质量。

随着晶体管、可控硅整流器的相继问世，电源技术不断发展创新，尤其是开关电源发展非常迅速。

开关电源因具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、工作安全可靠稳定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（EMI，Electromagnetic Interference），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，在一定程度上限制了开关电源的使用因此，针对开关电源的电磁兼容问题作专门探讨很有必要。

2 开关电源产生电磁干扰的原因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。

开关电源电磁兼容的设计摘要：本文从电磁兼容性的体系构成、开关电源电磁干扰的特征、概述电磁兼容、影响开关电源电磁兼容性能的主要因素以及开关电源的电磁兼容设计分析五个方面，介绍了开关电源电磁兼容的设计，希望可以为有需要的人提供参考意见。

关键词；开关电源；电磁兼容；设计现如今，电子设备在很多领域都普遍应用，任何电子设备和开关电源都有密切的联系，这些电子设备在实际运行中会出现频谱较宽、密度较高的电磁信号，很多复杂的环境都要求电子设备应当具备较强的电磁兼容性，所以有关电磁兼容性设计是至关重要的。

一、电磁兼容性的体系构成电磁兼容性，通常是由两个部分组成，一是电磁敏感性，二是电磁干扰。

电子设备不仅要让设备自身对外造成的噪声降低，而且能够阻挡来源于外部的噪声。

电子设备只有满足这些条件，才可以在同一时间使用，相互之间没有任何干扰。

首先，电磁敏感性。

主要是指在出现电磁骚扰的情况下，系统以及装置等等无法防止性能娇弱的能力，即抗干扰能力。

其次，电磁干扰。

主要是指电子设备产生的外出噪声。

因此，综合以上来分析，电磁干扰与电磁敏感性不仅是对立的，而且是互相有联系的矛盾统一体。

二、开关电源电磁干扰的特征在开关电源功率变换器中功率半导体器件的开关次数相当多，在高频下啊功率开关器件的通电、断电中往往会产生巨大的电磁干扰。

相对于数字电路而言，其开关器件功率相当大，但是频率不能过高，所以开关电源电磁干扰通常都会呈现出很多特征，主要体现在以下几点：第一，开关电源电磁干扰干扰源的位置生死相当清楚的，具体集中在二级管以及功率开关器件上。

第二，因为其是工作在开关状况的能源转换装置，其在电流以及电压方面都有相当高的变化率，造成很大的干扰强度。

第三，一般来说，印刷线路板都采取手工布置，具有较强的随意性，这样就难以提取印刷线路板。

三、概述电磁兼容国际电工委员会提出电磁兼容的定义是：电子设备的主要功能是电磁兼容，在电磁环境下电子设备可以体现出其功能，一般不会造成无法忍受的干扰。

高频开关电源的电磁兼容设计随着电子技术的发展，高频开关电源已经成为各种电子产品的重要电源模块。

但是，由于高频开关电源工作时存在较强的电磁辐射和抗干扰能力较弱的特点，使得它的电磁兼容性设计成为了电子设备设计中的一个非常重要的问题。

本文将介绍高频开关电源的电磁辐射的形成原因和电磁兼容性设计的方法。

高频开关电源的电磁辐射高频开关电源的工作原理是将交流电压转化为直流电压，然后通过高频开关器进行变换，将电压升高到所需的水平后，再通过输出滤波电路对输出电压进行调整和滤波，输出一般为直流电压或脉冲电压。

在高频开关电源的变换过程中，由于高速开关所产生的高频电流和高电压在电源电路中快速变化，会引起电磁波从电源向周围的空气和导体传播，造成电磁辐射。

高频开关电源的电磁辐射主要有以下几种形式：1.磁场辐射：在高频开关电源的开关元件中，由于电流变化快、交叉磁路多，容易产生较强的磁场，从而导致磁场辐射。

2.电场辐射：在高频开关电源的开关元件中，由于电压变化快、高速切换，容易产生较强的电场，从而导致电场辐射。

3.导线辐射：电路中的导线会以天线的形式辐射出电磁波，是一种常见的辐射形式。

高频开关电源的电磁兼容设计方法高频开关电源的电磁兼容性设计是确保电源的正常工作同时尽可能减少电磁辐射干扰其他电子设备的过程。

下面介绍几个高频开关电源的电磁兼容性设计方法：1.增加滤波和补偿电容在高频开关电源中，可以增加滤波和补偿电容，以减少高频电压漂移和电流谐波干扰。

同时还可以减少开关瞬间开启或关闭时所产生的电磁辐射。

2.优化电源设计在高频开关电源的设计中，应尽量采用集成电感和微波集成电路，同时注意用电容和电感进行平衡。

另外，电源的设计还要注重对地电路的设计，包括对于地线的布局和选择等。

3.提高电源的抗干扰能力对于高频开关电源，可以通过加装抑制器、磁屏蔽等方法来提高电源的抗干扰能力。

另外，还可以通过增加电源的防雷措施来避免由于感应产生的过电压和过电流问题。

一文读懂开关电源中电磁兼容工作原理现代技术的快速发展，电气和电子设备的种类不断增加，使得电磁环境日益复杂。

在复杂的电磁环境中，各种设备或系统能否正常工作，成为一个急待解决的问题。

作为各种设备或系统的重要部分开关电源，既是骚扰源，同时又是被干扰者。

大功率开关电源往往是骚扰源。

各种开关电源在工作时，往往要产生一些有用或无用的电磁能量，这些电磁能量会影响其他设备或系统的正常工作，这就是电磁骚扰。

电磁骚扰有可能使开关电源的工作性能下降，甚至使开关电源的使用寿命缩短，或根本无法正常工作。

可见，电磁兼容性设计在开关电源中是非常重要的和不可缺少的。

在开关电源中，电磁兼容性设计的目的是使开关电源在预期的电磁环境中实现电磁兼容，其要求是使开关电源满足有关EMC标准的规定并具有如下两方面的能力：①能在预期的电磁环境中正常工作，不出现性能下降或故障;②对电磁环境无污染。

1 关于电磁兼容的几个重要概念1.1 电磁环境电磁环境(ElectromagneTIc Environment)是指设备或系统在正常工作时，可能遇到的辐射或传导电磁发射电平在不同频率范围内功率和时间的分布。

1.2 电磁骚扰电磁骚扰(ElectromagneTIc Disturbance)是指任何可能引起装置、设备或系统性能下降，或者对有生命或无生命物产生损害作用的电磁现象。

电磁骚扰是客观存在的一种物理现象，其产生原因可能是外界因素，也可能是本身的变化。

电磁骚扰根据其来源，可分为自然骚扰和人为骚扰两大类。

自然骚扰以其发生源不可控为特点，例如电子噪声、天电噪声、地球外噪声、沉积静电等。

人为骚扰以其发生源可知并且可控为特点。

例如：高频及微波设备、高压设备、开关设备、火花设备、核电磁脉冲等。

1.3 电磁干扰电磁干扰(ElectromagneTIc Interference, 简写为EMI)是指电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。

电磁干扰是电磁骚扰的后果，引起电磁干扰的可能是另一设备或系统。

开关电源电磁兼容设计及电磁骚扰的抑制总结开关电源电磁兼容（EMC）设计及电磁骚扰的抑制是在开关电源设计中不可避免的问题。

为了确保设备在工作时不会产生电磁干扰或受到电磁干扰的影响，我们需要采取一些措施来保证电磁兼容性。

以下是一些关键点，总结了开关电源的电磁兼容设计和电磁骚扰抑制的方法。

1.开关电源的布局设计：-尽量减小导线的长度和面积，在布局时要避免导线的交叉和平行排列，尤其是高频信号线和低频信号线。

-将高频部分布局在一起，低频部分布局在一起，以减少电磁干扰。

-使用多层PCB板设计，将地线、电源线和信号线分层布局，以降低电磁辐射和互相干扰。

2.滤波器设计：-在输入和输出端口附近添加滤波器，以减少电磁干扰的传播。

-使用电源滤波器，以减少电源线上的高频噪声。

-使用输入和输出滤波器，以降低辐射和传导的电磁干扰。

3.接地设计：-使用良好的接地方法，包括终端接地、屏蔽接地和共地接法，以降低电磁辐射和互相干扰。

-在布局时，将地线设计为低阻抗、低干扰的传输路径，确保电磁干扰的可靠耗散。

4.耦合器件的选择：-在开关和滤波器中选择适当的元器件，如电感、电容和变压器，以减少电磁辐射和传导的干扰。

-使用优质的耦合器件，具有更好的电磁兼容性和抑制电磁骚扰的能力。

5.使用屏蔽和接地：-在关键部位使用屏蔽盖板或屏蔽罩，以减少电磁辐射和传导的干扰。

-在电源线和信号线上使用屏蔽，并正确地接地屏蔽以提高电磁兼容性。

6.EMI测试和符合性认证：-完成EMI测试，以确保产品符合相关标准和规定。

-定期进行EMI测试，并及时修正和改进设计，以满足不断变化的要求和标准。

总之，开关电源电磁兼容设计及电磁骚扰的抑制是在开关电源设计中不可或缺的部分。

通过合理的布局设计、滤波器设计、接地设计、耦合器件选择、屏蔽和接地以及EMI测试和符合性认证等措施，我们可以有效地降低电磁辐射和传导的干扰，提高开关电源的电磁兼容性，保证产品的可靠性和稳定性。

电磁兼容技术综述及开关电源中的EMC技术电磁干扰传输有两种方式：一种是传导传输方式，另一种则是辐射传输方式。

传导传输是在干扰源和敏感设备之间有完整的衔接，干扰信号沿着衔接电路传递到接收器而发生电磁干扰现象。

辐射传输是干扰信号通过介质以电磁波的形式向外传扬的干扰形式。

频繁的辐射耦合有三种：1）一个天线放射的电磁波被另一个天线意外地接收，称为天线对天线的耦合；2）空间电磁场经导线感应而耦合，称为场对线的耦合。

3）两根平等导线之间的高频信号互相感应而形成的耦合，称为线对线的感应耦合。

2 电磁干扰的产生机理
从被干扰的敏感设备角度来说，干扰耦合又可分为传导耦合和辐射耦合两类。

●传导耦合模型
传导耦合按其原理可分为性耦合、性耦合和性耦合三种基本耦合方式。

●辐射耦合模型
辐射耦合是干扰耦合的另一种方式，除了从干扰源发出的故意辐射外，还有大量的无意辐射。

同时，板上的走线无论是电源线、信号线、时钟线、数据线或者控制线等，都能起到天线的效果，即可辐射出干扰波，又可起到接收作用。

3 电磁干扰控制技术
①传输通道抑制
●滤波：在设计和选用时应注重频率特性、耐压性能、额定、阻抗特性、屏蔽和牢靠性。

滤波器的安装正确与否对其插入损耗特性影响很大，惟独安装位置恰当，安装办法正确，才干对干扰起到预期的滤波作用。

在安装滤波器时应考虑安装位置，输入输出侧的配线必需屏蔽隔离，以及高频接地和搭接办法。

●屏蔽：电磁屏蔽按原理可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽三种。

电场屏蔽包含静电屏蔽和交变电场屏蔽；磁场屏蔽包含低频磁场
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电磁骚扰讨论电磁骚扰一般是从骚扰源的特性，骚扰的耦合通道特性和受扰体的特性三个方面来进行的。

　1.开关电源中的主要电磁骚扰源开关电源中的电磁骚扰源主要有开关器件、二极管和非线性无源元件；在开关电源中，印制板布线不当也是引起电磁骚扰的一个主要因素。

　1.1 开关电路产生的电磁骚扰对开关电源来说，开关电路产生的电磁骚扰是开关电源的主要骚扰源之一。

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ｄｖ／ｄｔ是具有较大辐度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。

这种脉冲骚扰产生的主要原因是　：１）开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。

在开关管导通瞬间，初级线圈产生很大的涌流，并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压；在开关管断开瞬间，由于初级线圈的漏磁通，致使一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈，储藏在电感中的这部分能量将和集电极电路中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在关断电压上，形成关断电压尖峰。

这种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，这个噪声会传导到输入输出端，形成传导骚扰，重者有可能击穿开关管。

　２）脉冲变压器初级线圈，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，形成辐射骚扰。

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骚扰。

　1.2 二极管整流电路产生的电磁骚扰主电路中整流二极管产生的反向恢复电流的｜ｄｉ／ｄｔ｜远比续流二极管反向恢复电流的｜ｄｉ／ｄｔ｜小得多。

作为电磁骚扰源来研究，整流二极管反向恢复电流形成的骚扰强度大，频带宽。

整流二极管产生的电压跳变远小于电源中的功率开关管导通和关断时产生的电压跳变。

因此，不计整流二极管产生的｜ｄｖ／ｄｔ｜和｜ｄｉ／ｄｔ｜的影响，而把整流电路当成电磁骚扰耦合通道的一部分来研究也是可以的。

◎广州毅昌科技股份有限公司 何芳电磁兼容是指在有限的空间、时间和频谱范围内，各种电气设备共存而不引起性能的下降，它包括电磁骚扰（EMD）和电磁敏感（EMS）两方面的内容。