开关电源的电磁兼容性(EMC)技术

开关电源的EMC技术本文主要阐述开关电源的电磁骚扰抑技术（EMC）。

开关电源电磁骚扰的抑措施对开关电源产生的 EMC 所采取的抑制措施，主要从两个方面着：一是减小骚扰源的骚扰强度；二是切断骚扰传播。

为了达到这个目的主要从以下几个方面着手：选择合适的开关电源工作方式及工作频率；选择合适的电路元件；采用正确的屏蔽方式、接地、滤波措施，使用合理的元件布局等几种方法。

1 减小骚扰源的骚扰强度选择合适的开关电源的工作方式不同，他们的产生的电磁骚扰强度及所产生的电磁骚扰控制难度是不同的。

例如：自激式开关电源在负载轻重不同时不但脉冲宽度会改变，其开关频率变化很大，这样给克服开关脉冲骚扰和控制其传播带来很大的难度；他激式开关电源开关频率不变，它靠改变脉冲宽度来保持输出稳定。

显然，他激式开关电源更容易控制电磁骚扰。

隔离型开关电源比隔离型开关电源骚扰小。

桥式整流产生的骚扰比其它整流方式产生的骚扰小。

光耦隔离比变压器隔离的骚扰更容易控制。

对隔离型开关电源谐振型比极性反转型骚扰小多了。

开关电源的工作频率也与骚扰强度密相关。

低的开关电源工作频率不但可以减小骚扰的高频分量，其传导骚扰和辐射骚扰的传播效率会大大降低。

实际设计中，我们进行工作方式选择时，综合考虑其电磁容性能，这样往往可以取到事功倍的效果。

至于工作频率，在不增加成本和影响工作效率的情况下当然是越小越好。

选择合适的电路元件开关电源电路是开关电源产生的电磁骚扰最直接和最主要的来源。

在开关回路中，开关管是核心。

我们实际设计和测试中发现，我们用同样耐压的电流容量的不同品牌的开关管进行辐射骚扰测试，整体骚扰最大的与最小的可能相差 15-20ｄＢ。

对传导骚扰的频率高端，我们也发现同样的现象（对传导骚扰的频率低端这种现象没有高端明显）。

这与开关管在设计中有否考虑电磁容有关。

好的开关管在设计中考虑到了高频率抑制信开关瞬间的震荡并顾了转换效率。

这种开关管成本可能会高些。

开关回路中另一关键部件是脉冲变压器，脉冲变压器，对电磁容的影响表现在两个方面：一个是初级线圈与次级线圈间加静电屏层并引出接地，该接地线尽量靠近开关管的发射极接直流输入的 0Ｖ地（热地），这样可以大大减小分布电容ｃｄ，从而减小了初、次级的电场的耦合骚扰。

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。

开关电源中EMC知识及分类标准配置本文是对开关电源EMC知识的全面汇总，包括开关电源EMC的分类及标准，常用的EMC标准及实验配置，关于制订电磁兼容标准的组织和标准的介绍，开关电源电磁干扰的产生机理及其传播途径。

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 : 電磁干擾 EMS : 電磁相容性 (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 15J Class 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。

其中EN55022为Radiation Test & Conduction Test (传导 & 辐射测试); EN61000-3-2为Harmonic Test (电源谐波测试) ;EN61000-3-3为Flicker Test (电压变动测试)。

CISPR22(Comite Special des Purturbations Radioelectrique)应用于信息技术类装置, 适用于欧洲和亚洲地区;EN55022为欧洲标准，FCC Part 15 (Federal Communications Commission) 适用于美国，EN30220欧洲EMI测试标准，功率辐射测试标准是EN55013频率在30MHZ-300MHz。

开关电源emc设计要领摘要：一、开关电源EMC 设计的重要性二、开关电源EMC 设计的挑战三、开关电源EMC 设计的基本原则四、开关电源EMC 设计的具体方法五、开关电源EMC 设计的实践应用六、开关电源EMC 设计的未来发展趋势正文：开关电源EMC 设计要领随着电子技术的不断发展，开关电源在通信、控制、计算机等领域得到了广泛的应用。

然而，开关电源产生的电磁干扰（EMC）问题也日益受到了人们的关注。

EMC 问题不仅影响设备的正常工作，还可能对周围的电子设备产生干扰，甚至可能对公共安全造成威胁。

因此，开关电源的EMC 设计变得越来越重要。

开关电源EMC 设计的挑战开关电源的EMC 设计面临着诸多挑战，如开关电源内部元器件的布局、接地、滤波等方面的设计。

这些挑战需要设计者具备丰富的经验和专业知识，以便在设计过程中充分考虑各种因素，确保开关电源的EMC 性能。

开关电源EMC 设计的基本原则开关电源EMC 设计应遵循以下基本原则：1.整体设计原则：在设计之初，应充分考虑EMC 问题，将EMC 设计融入整体设计之中，使之成为整个系统设计的一部分。

2.模块化设计原则：将开关电源划分为不同的功能模块，对每个模块进行独立设计，以简化EMC 问题。

3.层次化设计原则：根据EMC 问题的严重程度，采取不同的设计策略，如屏蔽、滤波等，有针对性地解决EMC 问题。

开关电源EMC 设计的具体方法具体方法包括：1.优化开关电源内部元器件的布局，减少电磁干扰的产生。

2.合理选择开关电源的接地方式，如单点接地、多点接地等。

3.设计合适的滤波器，滤除开关电源产生的电磁干扰。

4.采用屏蔽技术，阻止电磁干扰的传播。

5.遵循相关标准和规范，确保开关电源的EMC 性能。

开关电源EMC 设计的实践应用在实际应用中，开关电源的EMC 设计需要根据具体的应用场景和需求，采取相应的EMC 设计策略。

例如，在通信系统中，开关电源的EMC 设计需要满足严格的电磁兼容性要求，以保证通信系统的正常工作；在计算机系统中，开关电源的EMC 设计需要重点关注减小电磁干扰对计算机硬件的影响。

高频开关电源的EMC开关电源相对以往传统的线性工频电源，体积小，重量轻，效率高，目前已得到普遍推广应用，但是，由于开关电源的工作频率高，高频电压或电流脉冲波含有丰富的谐波分量，所以电磁干扰（EMI ）问题日益严重。

特别是随着电源技术的发展，开关频率越来越高，电源和所供电的负载系统越来越靠近，EMI 的影响就日益突出。

电磁兼容（EMC ）的设计和优化必须贯穿于电源设计的每个环节，EMC 指标也成为衡量电源质量的一个重要方面。

下面会涉及开关电源EMC 的基本概念和原则，并提供抑制开关电源EMI 的常规需注意的设计方法。

首先，需要明确EMI （电磁干扰）和EMC （电磁兼容）这两个术语的含义是对立的。

EMI 一般定义为：通过电磁能量传递方式，一台电子设备对另一台正在运行的电子设备造成的干扰。

而EMC 则是没有EMI ，运行的电子设备之间不形成相互干扰。

从EMI 的定义来看，我们可以得出产生EMI 的三要素：电磁能量发生线路（干扰源）；不同线路之间干扰的传递途径（耦合方式）；接收干扰的电子线路（敏感源）。

上述三要素必须全部存在的情况下，EMI 才会产生。

也就是说，只要消除其中任意一个要素，就能避免EMI ，达到不同线路（或设备）之间的EMC 。

在抑制电磁干扰的措施中，尽管屏蔽或隔离等措施能有效地切断干扰的耦合途径或使敏感源避免受到干扰信号的影响，不失为一种有效的EMC 策略和手段。

但是，一般推荐的EMC 策略还是消除或抑制干扰源，相对消除干扰三要素中的其他两要素而言，消除干扰源最为直接，也最为经济，所以对干扰源的研究和抑制是EMC 的重要内容。

一． EMI 的物理概念在一般的线路介绍的教科书中，EMI 的相关论述相对较少，在线路实践过程中，遇到的EMI 问题给人的感觉是比较复杂，不易解释。

但是，实际情况是EMI 的产生和抑制的基本原理还是相对简单的。

在开关电源中，快速变化的电压或电流脉冲波，能产生一种所谓的场，脉冲波和场之间的量化关系可以由Maxwell 方程式来描述。

开关电源的电磁兼容性及其设计随着电器和设备或系统的数量及种类不断增强，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，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，往往要产生一些实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，甚至使开关电源的用法寿命缩短，或根本无法正常工作。

可见，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标准的规定并具有如下两方面的能力：一是能在预期的电磁环境中正常工作，不浮现性能下降或故障；二是对电磁环境无污染。

2 关于电磁兼容的几个重要概念2.1 电磁环境电磁环境（Electromagnetic Environment）是指设备或系统在正常工作时，可能碰到的辐射或传导电磁放射电平在不同频率范围内功率和时光的分布。

电磁环境有时也可以采纳场强表示。

设电磁环境中有N 个电磁骚扰源，频率f1点，在敏感设备或系统所在位置上，场强值为式中，Ei（f1）表示编号为i的电磁骚扰源在频率f1点，在敏感设备或系统所在位置上的场强值。

2.2 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，或者对生命或无生命物产生伤害作用的电磁现象。

电磁骚扰是客观存在的一种物理现象，其产生缘由可能是外界因素，也可能是本身的变幻。

电磁骚扰按照其来源，可分为自然骚扰和人为骚扰两大类。

自然骚扰第1页共6页。

开关电源电磁兼容的常见设计方法【摘要】文章主要提出开关电源电磁兼容（简称EMC）的组成、含义等基本内容，提出一些常见的解决方案，针对现代电子设备，设计合理的电源噪声滤波器，选择合理的元器件，以及合理的PCB布线设计方案是至关重要的。

引言目前，电子设备广泛应用在各种不同领域中，各种的电子设备都离不开开关电源，这些设备在运行中会产生的高密度、宽频谱的电磁信号，一些复杂的环境要求电子设备具有更高的电磁兼容性，于是关于EMC的设计方案就显得十分重要。

一、电磁兼容性（EMC）的体系组成电磁兼容性（EMC），其主要由电磁敏感性（EMS）和电磁干扰（EMI）组成。

电子设备既要兼备使设备本身对外产生的噪声较少，又要有对抗来自外部噪声的功能。

能满足此两项条件的电子设备，才能同时使用，互无干扰。

电磁敏感性（EMS）指在存在电磁骚扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力也就是抗干扰能力；电磁干扰（EMI）指电子设备的输出噪声。

所以电磁干扰和电磁敏感性既是一对难解难分的“冤家对头”，又是相互关联的矛盾统一体。

二、电磁兼容的基本概念国际电工委员会（IEC）定义电磁兼容为：电磁兼容是电子设备的一种功能，电子设备在电磁环境中能完成其功能，而不产生不能容忍的干扰。

我国颁布的电磁兼容标准中定义电磁兼容为：设备或系统的在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何其他事物造成不能承受的电磁骚扰的能力。

说明了电磁兼容的三层意思：一是电子设备应具有的抑制外部电磁干扰的能力；二是该电子设备所产生的电磁干扰应低于规定的限度，不得影响同一电磁环境中其他电子设备的正常工作；三是任何电子设备的电磁兼容性都是可以测量的。

电磁兼容性研究的领域主要包括电磁干扰的产生与传输、电磁兼容的设计标准、电磁干扰的诊断与抑制、电磁兼容性的测试四部分。

所研究的对象有自然干扰源和人为干扰源，自然干扰源有大气干扰源（雷电）、天电干扰源（太阳）、热噪声（电阻热噪声），人为干扰源有电网、电刷、家电、点火系统、手机等。

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。

开关电源的EMC及安全规范设计开关电源不需要沉重的电源变压器，具有体积小、重量轻、效率高的优点，且市场上已有成品开关电源集成控制模块，使电源设计、调试简化许多，所以，在大多数的电子设备（如计算机、电视机及各种控制系统）中得到了广泛的应用。

然而，开关电源自身产生的各种噪声却形成了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。

因此，只有提高开关电源的电磁兼容性，才能使开关电源在那些对电源噪声指标有严格要求的场合下被采用。

开关电源产生噪声的原因开关电源的种类很多，按变换器的电路结构可分为串并联式和直流变换式两种；按激励方式可分为自激和它激两种；按开关管的组合可分为桥式、半桥式、推挽式等。

但无论何种类型的开关电源都是利用半导体器件的开和关工作的，并以开和关的时间比来控制输出电压的高低。

由于它通常在20kHz以上的开关频率下工作，所以电源线路内的dv/dt、di/dt 很大，产生很大的浪涌电压、浪涌电流和其它各种噪声。

它们通过电源线以共模或差模方式向外传导，同时还向周围空间辐射噪声。

图1给出了一种典型的开关电源电路的简图，下面以此为例分析其产生噪声的主要原因。

一次整流回路的噪声在一次整流回路中，整流二极管D1～D4只有在脉动电压超过C1的充电电压的瞬间，电流才从电源输入侧流入。

所以，一次整流回路产生高次畸变波，形成噪声。

开关回路的噪声一是电磁辐射。

电源在工作时，开关管Ｔ处于高频率通断状态，在由脉冲变压器初级线圈L、开关管T和滤波器C构成的高频电流环路中，可能会产生较大的空间辐射噪声。

如果C的滤波不足，则高频电流还会以差模方式传导到交流电源中去。

二是感性负载引起的浪涌电压。

在开关回路中开关管T的负载是脉冲变压器的初级线圈L，是感性负载，所以开关管在通断时，在脉冲变压器的初级线圈的两端会出现较高的浪涌电压，很可能造成与此同一回路的电子器件（尤其是开关管T）的损坏。