导言
跟着电力电子技能的开展，开关电源模块因其相对体积小、效率高、作业牢靠等长处开端替代传统整流电源而被广泛应用到社会的各个领域。但因为开关电源作业频率高，内部发生很快的电流、电压改变，即dv/dt和di/dt，导致开关电源模块将发生较强的谐波搅扰和尖峰搅扰，并经过传导、辐射和串扰等耦合途径影响自身电路及其它电子体系的正常作业，当然其自身也会遭到其它电子设备电磁搅扰的影响。这便是所评论的电磁兼容性问题，也是关于开关电源电磁兼容的电磁打扰EMD与电磁灵敏度EMS规划问题。因为国家开端对部分电子产品强制实施3C认证，因而一个电子设备能否满意电磁兼容规范，将关系到这一产品能否在市场上出售，所以进行开关电源的电磁兼容性研讨显得非常重要。
电磁兼容学是一门综合性学科，它触及的理论包含数学、电磁场理论、天线与电波传达、电路理论、信号剖析、通讯理论、资料科学、生物医学等。
进行开关电源的电磁兼容性规划时，首要进行一个体系规划，清晰以下几点：
1. 清晰体系要满意的电磁兼容规范;
2. 确认体系内的要害电路部分，包含强搅扰源电路、高度灵敏电路;
3. 清晰电源设备作业环境中的电磁搅扰源及灵敏设备;
4. 确认对电源设备所要采纳的电磁兼容性办法。
一、DC/DC改换器内部噪声搅扰源剖析
1.二极管的反向康复引起噪声搅扰
在开关电源中常运用工频整流二极管、高频整流二极管、续流二极管等，因为这些二极管都作业在开关状况，如图所示，在二极管由阻断状况到导通作业过程中，将发生一个很高的电压尖峰VFP;在二极管由导通状况到阻断作业过程中，存在一个反向康复时刻trr，在反向康复过程中，因为二极管封装电感及引线电感的存在，将发生一个反向电压尖峰VRP，因为少子的存储与复合效应，会发生瞬变的反向康复电流IRP，这种快速的电流、电压骤变是电磁搅扰发生的本源。
电流电压波形图
二极管反向康复时电流电压波形 二极管正导游通电流电压波形
2.开关管开关动作时发生电磁搅扰
二极管反向康复时电流电压波形 二极管正导游通电流电压波形在正激式、推挽式、桥式改换器中，流过开关管的电流波形在阻性负载时近似矩形波，含有丰厚的高频成分，这些高频谐波会发生很强的电磁搅扰，在反激改换器中，流过开关管的电流波形在阻性负载时近似三角波，高次谐波成分相对较少。开关管在注册时，因为开关时刻很短以及逆变回路中引线电感的存在，将发生很大的dV/dt骤变和很高的尖峰电压，在开关管的关断时，因为关断时刻很短，将发生很大的di/dt骤变和很高的电流尖峰，这些电流、电压骤变将发生很强的电磁搅扰。
3.电感、变压器等磁性元件引起的电磁搅扰：在开关电源中存在输入滤波电感、功率变压器、阻隔变压器、输出滤波电感等磁性元件，阻隔变压器初次级之间存在寄生电容，高频搅扰信号经过寄生电容耦合到次边;功率变压器因为绕制工艺等原因，原次边耦合不抱负而存在漏感，漏电感将发生电磁辐射搅扰，别的功率变压器线圈绕组流过高频脉冲电流，在周围构成高频电磁场;电感线圈中流过脉动电流会发生电磁场辐射，并且在负载突切时，会构成电压尖峰，一起当它作业在饱满状况时，将会发生电流骤变，这些都会引起电磁搅扰。
4.操控电路中周期性的高频脉冲信号如振荡器发生的高频脉冲信号等将发生高频高次谐波，对周围电路发生电磁搅扰。
5.此外电路中还会有地环路搅扰、公共阻抗耦合搅扰，以及操控电源噪声搅扰等。
6.开关电源中的布线规划非常重要，不合理布线将使电磁搅扰经过线线之间的耦合电容和散布互感串扰或辐射到附近导线上，然后影响其它电路的正常作业。
7.热辐射发生的电磁搅扰，热辐射是以电磁波的办法进行热交换，这种电磁搅扰影响其它电子元器材或电路的正常安稳作业。
二、外界的电磁搅扰
关于某一电子设备，外界对其发生影响的电磁搅扰包含：电网中的谐波搅扰、雷电、太阳噪声、静电放电，以及周围的高频发射设备引起的搅扰。
三、电磁搅扰的结果
电磁搅扰将构成传输信号畸变，影响设备的正常作业。关于雷电、静电放电等高能量的电磁搅扰，严峻时会损坏设备。而关于某些设备，电磁辐射会引起重要信息的走漏。
四、开关电源的电磁兼容规划
了解了开关电源内部及外部电磁搅扰源后，咱们还应知道，构成电磁搅扰机理的三要素是还有传达途径和受扰设备。因而开关电源的电磁兼容规划首要从以下三个方面下手：
1，减小搅扰源的电磁搅扰能量;
2，堵截搅扰传达途径;
3，进步受扰设备的抗搅扰才干。
正确了解和掌握开关电源的电磁搅扰源及其发生机理和搅扰传达途径，关于采纳何种抗搅扰办法以使设备满意电磁兼容要求非常重要。因为搅扰源有开关电源内部发生的搅扰源和外部的搅扰源，并且能够说搅扰源无法消除，受扰设备也总是存在，因而能够说电磁兼容问题总是存在。
下面以阻隔式DC/DC改换器为例，评论开关电源的电磁兼容性规划：
1. DC/DC改换器输入滤波电路的规划
如图所示，FV1为瞬态电压按捺二极管，RV1为压敏电阻，都具有很强的瞬变浪涌电流的吸收才干，能很好的维护后级元件或电路免遭浪涌电压的损坏。Z1为直流EMI滤波器，有必要杰出接地，接地线要短，最好直接安装在金属外壳上，还要确保其输入、输出线之间的屏蔽阻隔，才干有用的堵截传导搅扰沿输入线的传达和辐射搅扰沿空间的传达。L1、C1组成低通滤波电路，当L1电感值较大时，还需添加如图所示的V1和R1元件，构成续流回路吸收L1断开时开释的电场能，不然L1发生的电压尖峰就会构成电磁搅扰，电感L1所运用的磁芯最好为闭合磁芯，带气隙的开环磁芯的漏磁场会构成电磁搅扰，C1的容量较大为好，这样能够减小输入线上的纹波电压，然后减小输入导线周围构成的电磁场。
DC/DC改换器输入滤波电路
2.高频逆变电路的电磁兼容规划
如图所示，C2、C3、V2、V3组成的半桥逆变电路，V2、V3为IGBT、MOSFET等开关元件，在V2、V3注册和关断时，因为开关时刻很快以及引线电感、变压器漏感的存在，回路会发生较高的di/dt、dv/dt骤变，然后构成电磁搅扰，为此在变压器原边两头添加R4、C4构成的吸收回路，或在V2、V3两头别离并联电容器C5、C6，并缩短引线，减小ab、cd、gh、ef的引线电感。在规划中，C4、C5、C6一般选用低感电容，电容器容量的巨细取决于引线电感量、回路中电流值以及答应的过冲电压值的巨细，LI2/2=C△V2/2公式求得C的巨细，其间L为回路电感，I为回路电流，△V为过冲电压值。
为减小△V，就有必要减小回路引线电感值，为此在规划经常运用一种叫“多层低感复合母排”的设备，由我所申请专利的该种母排设备能将回路电感下降到满足小，达10nH级，然后到达减小高频逆变回路电磁搅扰的意图。
开关管电流、电压波形比较图
从电磁兼容性规划视点考虑，应尽量下降开关管V2、V3的开关频率，然后下降di/dt、dv/dt值。别的运用ZCS或ZVS软开关改换技能能有用下降高频逆变回路的电磁搅扰。在大电流或高电压下的快速开关动作是发生电磁噪声的底子，因而尽可能选用发生电磁噪声小的电路拓扑，如在平等条件下双管正激拓扑比单管正激拓扑发生电磁噪声要小，全桥电路比半桥电路发生电磁噪声要小。
如图所示添加吸收电路后开关管上的电流、电压波形与没有吸收回路时的波形比较。
半桥逆变电路
3.高频变压器的电磁兼容规划
在高频变压器T1的规划时，尽量选用电磁屏蔽性较好的磁芯资料。
如图所示，C7、C8为匝间耦合电路，C11为绕组间耦合电容，在变压器绕制时，尽量减小散布电容C11，以减小变压器原边的高频搅扰耦合到次边绕组。
别的为进一步减小电磁搅扰，可在原、次边绕组间添加一个屏蔽层，屏蔽层杰出接地，这样变压器原、次边绕组对屏蔽层间就构成耦合电容C9、C10，高频搅扰电流就经过C9、C10流到大地。
因为变压器是一个发热元件，较差的散热条件必定导致变压器温度升高，然后构成热辐射，热辐射是以电磁波办法对外传达，因而变压器有必要有很好的散热条件。
一般将高频变压器封装在一个铝壳盒内，铝盒还可安装在铝散热器上，并灌注电子硅胶，这样变压器即可构成较好的电磁屏蔽，还可确保有较好的散热作用，减小电磁辐射。
高频变压器的电磁兼容规划
5. 输出整流电路电磁兼容规划
如图所示为输出半波整流电路，V6为整流二极管，V7为续流二极管，因为V6、V7作业于高频开关状况，因而输出整流电路的电磁搅扰源首要是V6和V7，R5、C12和R6、C13别离衔接成V6、V7的吸收电路，用于吸收其开关动作时发生的电压尖峰，并以热的办法在R5、R6上耗费。
削减整流二极管的数量就可减小电磁搅扰的能量，因而平等条件下，选用半波整流电路比选用全波整流和全桥整流发生的电磁搅扰要小。
为减小二极管的电磁搅扰，有必要选用具有软康复特性的、反向康复电流小、反向康复时刻短的二极管器材。从理论上讲，肖特基势垒二极管(SBD)是大都载流子导流，不存在少子的存储与复合效应，因而也就不会有反向电压尖峰搅扰，但实践上关于较高反向作业电压的肖特基二极管，跟着电子势垒厚度的添加，反向康复电流会增大，也会发生电磁噪声。因而在输出电压较低的状况下选用肖特基二极管作直流二极管发生的电磁搅扰会比选用其它二极管器材要小。
输出整流电路电磁兼容规划
6. 输出直流滤波电路的电磁兼容规划
输出直流滤波电路首要用于堵截电磁传导搅扰沿导线向输出负载端传达，减小电磁搅扰在导线周围的电磁辐射。
如图所示，L2、C17、C18组成的LC滤波电路，能减小输出电流、电压纹波的巨细，然后减小经过辐射传达的电磁搅扰，滤波电容C17、C18尽量选用多个电容并联，减小等效串联电阻，然后减小纹波电压，输出电感L2值尽量大，减小输出纹波电流的巨细，别的电感L2最好运用不开气隙的闭环磁芯，最好不是饱满电感。在规划时，咱们要记住，导线上有电流、电压的改变，在导线周围就有改变的电磁场，电磁场就会沿空间传达构成电磁辐射。
C19用于滤除导线上的共模搅扰，尽量选用低感电容，且接线要短，C20、C21、C22、C23用于滤除输出线上的差模搅扰，宜选用低感的三端电容，且接地线要短，接地牢靠。
Z3为直流EMI滤波器，依据状况运用或不运用，是选用单级仍是多级滤波器，但要求Z3直接安装在金属机箱上，最好滤波器输入、输出线能屏蔽阻隔。
输出整流电路电磁兼容规划
7. 接触器、继电器等其它开关器材电磁兼容规划
继电器、接触器、风机等在掉电后，其线圈将发生较大的电压尖峰，然后发生电磁搅扰，为此在直流线圈两头反并联一个二极管或RC吸收电路，在沟通线圈两头并联一个压敏电阻用于吸收线圈掉电后发生的电压尖峰。一起要留意假如接触器线圈电源与辅佐电源的输入电源为同一个电源，之间最好经过一个EMI滤波器。继电器触头动作时也将发生电磁搅扰，因而要在触头两头添加RC吸收回路。
8. 开关电源箱体结构的电磁兼容规划
资料挑选：没有“磁绝缘”资料，电磁屏蔽是运用“磁短路”的原理，来堵截电磁搅扰在设备内部与外界空气中的传达途径。在进行开关电源的箱体结构规划时，要充分考虑对电磁搅扰的屏蔽效能，关于屏蔽资料的挑选准则是，当搅扰电磁场的频率较高时，选用高电导率的金属资料，屏蔽作用较好;当搅扰电磁波的频率较低时，要选用高导磁率的金属资料，屏蔽作用较好;在某些场合下，假如要求对高频和低频电磁场都具有杰出的屏蔽作用时，往往选用高电导率和高导磁率的金属资料组成多层屏蔽体。
孔洞、缝隙、搭接处理办法：
选用电磁屏蔽办法无需从头规划电路，便可到达很好的电磁兼容作用。抱负的电磁屏蔽体是一个无缝隙、无孔洞、无透入的导电接连体，低阻抗的金属密封体，可是一个彻底密封的屏蔽体是没有实用价值的，因为在开关电源设备中，有输入、输出线过孔、散热通风孔等孔洞，以及箱体结构部件之间的搭接缝隙，假如不采纳办法将会发生电磁走漏，使箱体的屏蔽效能下降、乃至彻底损失。因而在开关电源箱体规划时，金属板之间的搭接最好选用焊接，无法焊接时要运用电磁密封垫或其它的屏蔽资料，箱体上的开孔要小于要屏蔽的电磁波的波长的1/2，不然屏蔽作用将大大下降;关于通风孔，在屏蔽要求不高时能够运用穿孔金属板或金属化丝网，在要求既要屏蔽效能高，又要通风作用好时选用到波导管等办法，进步屏蔽体的屏蔽效能。假如箱体的屏蔽效能仍无法满意要求时，能够在箱体上喷涂屏蔽漆。除了对开关电源整个箱体的屏蔽之外，还能够对电源设备内部的元件、部件等搅扰源或灵敏设备进行部分屏蔽。
在进行箱体结构规划时，针对设备上一切会遭到静电放电实验的部分，规划出一条低阻抗的电流泄放途径，箱体有必要有牢靠的接地办法，并且要确保接地线的载流才干，一起将灵敏电路或元件远离这些泄放回路，或对其选用电场屏蔽办法。关于结构件的外表处理，一般首要电镀银、锌、镍、铬、锡，这需要从导电功能、电化学反响、本钱及电磁兼容性等多方面考虑后做出挑选。
9. 元器材布局与布线中的电磁兼容规划：
关于开关电源设备内部元器材的布局有必要全体考虑电磁兼容性的要求，设备内部的搅扰源会经过辐射和串扰等途径影响其它元件或部件的作业，研讨标明，在离搅扰源必定距离时，搅扰源的能量将大大衰减，因而合理的布局有利于减小电磁搅扰的影响。
EMI输入输出滤波器最好安装在金属机箱的入口处，并确保其输入线与输出线电磁环境的屏蔽阻隔。
灵敏电路或元件要远离发热源。
关于开关电源产品，咱们一般须恪守以下布线准则：
9.1 主电路输入线与输出线分隔走线。
9.2 EMI滤波器输入线与输出线分隔走线。
9.3 主电道路与操控信号线分隔走线。
9.4 高压脉冲信号线最好分隔单独走线。
9.5 分隔布线的准则是避免平行走线，能够笔直穿插，线束之间距离在20mm以上。
9.6 电缆不要贴着金属外壳和散热器走线，确保必定距离。
9.7 双绞线、同轴电缆及带状电缆在EMC规划中的运用
双绞线的运用
双绞线、同轴电缆都能有用的按捺电磁搅扰。在脉冲信号传输线路中常运用双绞线，操控辅佐电源线和传感器信号线最好用双绞屏蔽线。因为双绞线两根线之间有很小的回路面积，并且双绞线的每两个相邻的回路上感应出的电流具有巨细持平、方向相反，发生的磁场彼此抵消，这样就能够减小因辐射引起的差模搅扰，不过双绞线绞合的圈数最好为偶数，且每单位波长所绞合的圈数愈多，消除耦合的作用愈好。运用时留意双绞线和同轴电缆两头不能一起接地，只能单端接地，而对屏蔽线，屏蔽层两头接地能既能屏蔽电场还能屏蔽磁场，单端接地只能屏蔽电场。运用同轴电缆时还要留意，其屏蔽层有必要彻底包覆信号线接地，即接头与电缆屏蔽层有必要3600搭接，才干有用屏蔽电磁场，如图所示，信号线暴露部分仍能够与外界构成互容耦合，下降屏蔽效能。带状电缆适合于短距离的信号传输，咱们知道为了下降差模信号的电磁辐射，有必要减小信号线和信号回流线所构成的回路面积，因而在规划带状电缆布局时，最好将信号线与接地线距离摆放。如图所示，其间S为信号线，G为信号地线。
信号线与接地线距离摆放
10.元器材的挑选
热传达的办法有传导、对流和辐射，热辐射是以电磁波的办法向空中传达的，热传导也会向周围其它元件传导热量，这些都会影响其它元器材或电路的正常作业，因而从元器材热规划方面考虑要尽量留有较大余量，以下降元器材的温升及器材外表的温度，除元器材对温升有特殊要求外，一般开关电源要求内部元件温度小于90℃，内部环境温度不超越65℃，以减小热辐射搅扰。
对数字集成电路，从电磁兼容性视点看应多选用高噪声容限的CMOS器材替代低噪声容限的TTL器材。尽量运用低速、窄带元件和电路。
选用散布电感较小的SMP元件，选用高频特性好、等效串联电感低的陶瓷介质电容器、高频无感电容器、三端电容器和穿心电容器等作滤波电容。
11.操控电路及PCB的电磁兼容规划
信号地是指信号电流流回信号源的一条低阻抗途径。在规划中往往因为接地办法不恰当而发生地环路搅扰和公共阻抗耦合搅扰。因而要合理选用接地办法，接地的办法有单点接地、多点接地和混合接地。
地环路搅扰：常发生在经过较长电缆衔接，地相距较远的设备之间。原因是因为地环路电流的存在，使两个设备的地电位不同。一般用光电耦合器或阻隔变压器进行“地”阻隔，消除地环路搅扰。因为阻隔变压器绕组之间寄生电容较大，即便采纳屏蔽办法的阻隔变压器一般也只用于1MHZ以下的信号阻隔，超越1MHZ时多选用光电耦合器阻隔。
公共阻抗耦合：当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时，就会发生公共阻抗耦合。因为地线是信号回流线，一个电路的作业状况必定会影响地线电压，当两个电路共用一段地线时，地线的电压就会一起遭到两个电路作业状况的影响。
可见无论是地环路搅扰仍是公共阻抗耦合问题都是因为地线阻抗引起的，因而在规划时必定要考虑尽量下降地线阻抗与感抗。
怎么减小操控电源噪声：电源线上有电流骤变，就会发生噪声电压。在接近芯片的方位添加解耦电容，能有用减小噪声。假如是高频电流负载，则选用多个同容量的高频电容和无感电容并联能取得更好的作用。留意电容容量并非越大越好，首要依据其谐振频率、供给脉冲电流频率来挑选。
印制板合理的安置地线将能有用的减小印制板的辐射以及进步其抗辐射搅扰才干，请留意
l 安置地线网络：在双面板的双面安置最多的平行地线。
l 关于一些要害信号(如脉冲信号和对外界较灵敏的电平信号)的地线的安置有必要尽量缩小引线长度，减小信号的回流面积。假如是双面板，地线和信号线能够在印制板双面并联平行走线。
l 若是多层线路板，且既有数字地又有模仿地，则数字地和模仿地有必要安置在同一层，减小它们之间的耦合搅扰。
l 在实践电路中常发生公共阻抗耦合，因而要依据实践状况挑选正确的接地办法。
12.其它办法
12.1.IGBT，MOSFET等开关元件的驱动脉冲信号添加一个-5V～-10V的负电平，进步驱动信号的抗搅扰才干。或驱动信号选用光纤传输技能，光纤适宜于远距离传输，具有抗搅扰才干强的特色。
12.2.经过软件的编程技能，进步开关电源的抗搅扰才干，为了避免电平信号中的毛刺，引起软件的误判别及误动作，能够经过屡次采样等数字滤波办法来滤除搅扰信号。
五 结语
本文具体剖析了阻隔式DC/DC改换器存在的电磁搅扰源及其发生机理，并具体介绍了针对其主电路和操控电路的电磁兼容规划办法，这些办法对其它电子产品的电磁兼容规划具有必定的指导作用。
