与传统的线性稳压电源比较，开关电源不需求沉重的电源变压器，具有体积小、重量轻、效率高、待机功耗低、稳压规模宽等特色，广泛用于空间技能、雷达、核算机及外围设备、通讯、自动操控、家用电器等范畴。可是，开关电源自身发生的各种电磁打扰占有很宽的频带和较强的起伏，假如操控不妥会经过传导和辐射对周围设备发生电磁搅扰，污染电磁环境，成为一个很强的电磁搅扰源。这些搅扰跟着开关频率的进步、输出功率的增大而显着地增强，对电子设备的正常运转构成了潜在的要挟。怎么按捺开关电源的电磁打扰，以进步相应电子产品的质量，使之契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简便的开关电源的产品规划者们面临的首要问题
开关电源是一种运用功率半导体器件并归纳电力改换技能、电子电磁技能、自动操控技能等的电力电子产品。因其具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、作业安稳、安全可靠以及稳压规模宽等长处，而被广泛运用于核算机、通讯、电子仪器、工业自动操控、国防及家用电器等范畴。可是开关电源瞬态呼应较差、易发生电磁搅扰，且EMI信号占有很宽的频率规模，并具有必定的起伏。这些EMI信号经过传导和辐射办法污染电磁环境，对通讯设备和电子仪器构成搅扰，因而在必定程度上约束了开关电源的运用。
开关电源的搅扰源剖析
开关电源发生电磁搅扰最底子的原因，便是其在作业过程中发生的高di/dt和高dv/dt，它们发生的浪涌电流和尖峰电压构成了搅扰源。工频整流滤波运用的大电容充电放电、开关管高频作业时的电压切换、输出整流二极管的反向康复电流都是这类搅扰源。开关电源中的电压电流波形大多为挨近矩形的周期波，比方开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。关于矩形波，周期的倒数决议了波形的基波频率;两倍脉冲边际上升时刻或下降时刻的倒数决议了这些边际引起的频率重量的频率值，典型的值在MHz规模，而它的谐波频率就更高了。这些高频信号都对开关电源根本信号，尤其是操控电路的信号构成搅扰。
开关电源的电磁噪声从噪声源来说能够分为两大类。一类是外部噪声，例如，经过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射对开关电源操控电路的搅扰等。另一类是开关电源自身发生的电磁噪声，如开关管和整流管的电流尖峰发生的谐涉及电磁辐射搅扰。
如图1所示，电网中含有的共模和差模噪声对开关电源发生搅扰，开关电源在遭到电磁搅扰的一起也对电网其他设备以及负载发生电磁搅扰(如图中的回来噪声、输出噪声和辐射搅扰)。进行开关电源EMI/EMC规划时一方面要避免开关电源对电网和邻近的电子设备发生搅扰，另一方面要加强开关电源自身对电磁打扰环境的适应能力。下面详细剖析开关电源噪声发生的原因和途径。
电源线引进的电磁噪声
电源线噪声是电网中各种用电设备发生的电磁打扰沿着电源线传达所构成的。电源线噪声分为两大类：共模搅扰、差模搅扰。共模搅扰(Common-modeInterference)界说为任何载流导体与参阅地之间的不期望有的电位差;差模搅扰(Differenal-modeInterference)界说为任何两个载流导体之间的不期望有的电位差。两种搅扰的等效电路如图2[1]所示。图中CP1为变压器初、次级之间的散布电容，CP2为开关电源与散热器之间的散布电容(即开关管集电极与地之间的散布电容)。
如图2(a)所示，开关管V1由导通变为截止状况时，其集电极电压突升为高电压，这个电压会引起共模电流Icm2向CP2充电和共模电流Icm1向CP1充电，散布电容的充电频率即开关电源的作业频率。则线路*模电流总巨细为(Icm1+Icm2)。如图2(b)所示，当V1导通时，差模电流Idm和信号电流IL沿着导线、变压器初级、开关管组成的回路流转。由等效模型可知，共模搅扰电流不经过地线，而经过输入电源线传输。而差模搅扰电流经过地线和输入电源线回路传输。所以，咱们设置电源线滤波器时要考虑到差模搅扰和共模搅扰的差异，在其传输途径上运用差模或共模滤波元件按捺它们的搅扰，以到达最好的滤波作用。
输入电流畸变构成的噪声
开关电源的输入遍及选用桥式整流、电容滤波型整流电源。如图3所示，在没有PFC功用的输入级，因为整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，使得二极管的导通角变小，输入电流i成为一个时刻很短、峰值很高的周期性尖峰电流。这种畸变的电流实质上除了包括基波重量以外还含有丰厚的高次谐波重量。这些高次谐波重量注入电网，引起严峻的谐波污染，对电网上其他的电器构成搅扰。为了操控开关电源对电网的污染以及完成高功率因数，PFC电路是不可或缺的部分。
开关管及变压器发生的搅扰
主开关管是开关电源的中心器件，一起也是搅扰源。其作业频率直接与电磁搅扰的强度相关。跟着开关管的作业频率升高，开关管电压、电流的切换速度加速，其传导搅扰和辐射搅扰也随之添加。此外，主开关管上反并联的钳位二极管的反向康复特性欠好，或许电压尖峰吸收电路的参数挑选不妥也会构成电磁搅扰。
开关电源作业过程中，由初级滤波大电容、高频变压器初级线圈和开关管构成了一个高频电流环路。该环路会发生较大的辐射噪声。开关回路中开关管的负载是高频变压器初级线圈，它是一个理性的负载，所以，开关管通断时在高频变压器的初级两头会呈现尖峰噪声。轻者构成搅扰，重者击穿开关管。主变压器绕组之间的散布电容和漏感也是引起电磁搅扰的重要要素。
输出整流二极管发生的搅扰
抱负的二极管在接受反向电压时截止，不会有反向电流经过。而实践二极管正导游通时，PN结内的电荷被堆集，当二极管接受反向电压时，PN结内堆集的电荷将开释并构成一个反向康复电流，它康复到零点的时刻与结电容等要素有关。反向康复电流在变压器漏感和其他散布参数的影响下将发生较激烈的高频衰减振动。因而，输出整流二极管的反向康复噪声也成为开关电源中一个首要的搅扰源。能够经过在二极管两头并联RC缓冲器，以按捺其反向康复噪声。
散布及寄生参数引起的开关电源噪声
开关电源的散布参数是大都搅扰的内涵要素，开关电源和散热器之间的散布电容、变压器初次级之间的散布电容、原副边的漏感都是噪声源。共模搅扰便是经过变压器初、次级之间的散布电容以及开关电源与散热器之间的散布电容传输的。其间变压器绕组的散布电容与高频变压器绕组结构、制作工艺有关。能够经过改进绕制工艺和结构、添加绕组之间的绝缘、选用法拉第屏蔽等办法来减小绕组间的散布电容。而开关电源与散热器之间的散布电容与开关管的结构以及开关管的装置办法有关。选用带有屏蔽的绝缘衬垫能够减小开关管与散热器之间的散布电容。
如图4所示，在高频作业下的元件都有高频寄生特性[2]，对其作业状况发生影响。高频作业时导线变成了发射线、电容变成了电感、电感变成了电容、电阻变成了共振电路。调查图4中的频率特性曲线能够发现，当频率过高时各元件的频率特性发生了相当大的改变。为了确保开关电源在高频作业时的安稳性，规划开关电源时要充分考虑元件在高频作业时的特性，挑选运用高频特性比较好的元件。别的，在高频时，导线寄生电感的感抗显着添加，因为电感的不可控性，终究使其变成一根发射线。也就成为了开关电源中的辐射搅扰源。
开关电源EMI按捺办法
电磁兼容的三要素是搅扰源、耦合通路和灵敏体，按捺以上任何一项都能够削减电磁搅扰问题。开关电源作业在高电压大电流的高频开关状况时，其引起的电磁兼容性问题是比较复杂的。可是，仍契合根本的电磁搅扰模型，能够从三要素下手寻求按捺电磁搅扰的办法。
按捺开关电源中各类电磁搅扰源
为了处理输入电流波形畸变和下降电流谐波含量，开关电源需求运用功率因数校对(PFC)技能。PFC技能使得电流波形跟从电压波形，将电流波形校对成近似的正弦波。然后下降了电流谐波含量，改进了桥式整流电容滤波电路的输入特性，一起也进步了开关电源的功率因数。
软开关技能是减小开关器件损耗和改进开关器件电磁兼容特性的重要办法。开关器件注册和关断时会发生浪涌电流和尖峰电压，这是开关管发生电磁搅扰及开关损耗的首要原因。运用软开关技能使开关管在零电压、零电流时进行开关转化能够有用地按捺电磁搅扰。运用缓冲电路吸收开关管或高频变压器初级线圈两头的尖峰电压也能有用地改进电磁兼容特性。
输出整流二极管的反向康复问题能够经过在输出整流管上串联一个饱满电感来按捺，如图5所示，饱满电感Ls与二极管串联作业。饱满电感的磁芯是用具有矩形BH曲线的磁性资料制成的。同磁放大器运用的资料相同，这种磁芯做的电感有很高的磁导率，该种磁芯在BH曲线上具有一段挨近笔直的线性区并很简略进入饱满。实践运用中，在输出整流二极管导通时，使饱满电感作业在饱满状况下，相当于一段导线;当二极管关断反向康复时，使饱满电感作业在电感特性状况下，阻止了反向康复电流的大起伏改变，然后按捺了它对外部的搅扰。
堵截电磁搅扰传输途径——共模、差模电源线滤波器规划
电源线搅扰能够运用电源线滤波器滤除，开关电源EMI滤波器根本电路如图6所示。一个合理有用的开关电源EMI滤波器应该对电源线上差模搅扰和共模搅扰都有较强的按捺作用。在图6中CX1和CX2叫做差模电容，L1叫做共模电感，CY1和CY2叫做共模电容。差模滤波元件和共模滤波元件分别对差模和共模搅扰有较强的衰减作用。
共模电感L1是在同一个磁环上由绕向相反、匝数相同的两个绕组构成。一般运用环形磁芯，漏磁小，效率高，可是绕线困难。当市网工频电流在两个绕组中流过期为一进一出，发生的磁场刚好抵消，使得共模电感对市网工频电流不起任何阻止作用，能够无损耗地传输。假如市网中含有共模噪声电流经过共模电感，这种共模噪声电流是同方向的，流经两个绕组时，发生的磁场同相叠加，使得共模电感对搅扰电流呈现出较大的感抗，由此起到了按捺共模搅扰的作用。L1的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关，详细联系参见表1所列。
实践运用*模电感两个电感绕组因为绕制工艺的问题会存在电感差值，不过这种差值正好被运用作差模电感。所以，一般电路中不用再设置独立的差模电感了。共模电感的差值电感与电容CX1及CX2构成了一个∏型滤波器。这种滤波器对差模搅扰有较好的衰减。
除了共模电感以外，图6中的电容CY1及CY2也是用来滤除共模搅扰的。共模滤波的衰减在低频时首要由电感器起作用，而在高频时大部分由电容CY1及CY2起作用。电容CY的挑选要根据实践情况来定，因为电容CY接于电源线和地线之间，接受的电压比较高，所以，需求有高耐压、低漏电流特性。核算电容CY漏电流的公式是
ID=2πfCYVcY
式中：ID为漏电流;
f为电网频率。
一般装设在可移动设备上的滤波器，其沟通漏电流应《1mA;若为装设在固定方位且接地的设备上的电源滤波器，其沟通漏电流应《3.5mA，医疗器件规则的漏电流更小。因为考虑到漏电流的安全标准，电容CY的巨细遭到了约束，一般为2.2～33nF。电容类型一般为瓷片电容，运用中应注意在高频作业时电容器CY与引线电感的谐振效应。
差模搅扰按捺器一般运用低通滤波元件构成，最简略的便是一只滤波电容接在两根电源线之间而构成的输入滤波电路(如图6中电容CX1)，只需电容挑选恰当，就能对高频搅扰起到按捺作用。该电容对高频搅扰阻抗甚底，故两根电源线之间的高频搅扰能够经过它，它对工频信号的阻抗很高，故对工频信号的传输毫无影响。该电容的挑选首要考虑耐压值，只需满意功率线路的耐压等级，并能接受可意料的电压冲击即可。为了避免放电电流引起的冲击损害，CX电容容量不宜过大，一般在0.01～0.1μF之间。电容类型为陶瓷电容或聚酯薄膜电容。
运用屏蔽下降电磁灵敏设备的敏理性
按捺辐射噪声的有用办法便是屏蔽。能够用导电功能杰出的资料对电场进行屏蔽，用磁导率高的资料对磁场进行屏蔽。为了避免变压器的磁场走漏，使变压器初次级耦合杰出，能够运用闭合磁环构成磁屏蔽，如罐型磁芯的漏磁通就显着比E型的小许多。开关电源的连接线，电源线都应该运用具有屏蔽层的导线，尽量避免外部搅扰耦合到电路中。或许运用磁珠、磁环等EMC元件，滤除电源及信号线的高频搅扰，可是，要注意信号频率不能遭到EMC元件的搅扰，也便是信号频率要在滤波器的通带之内。整个开关电源的外壳也需求有杰出的屏蔽特性，接缝处要契合EMC规则的屏蔽要求。经过上述办法确保开关电源既不受外部电磁环境的搅扰也不会对外部电子设备发生搅扰。
现在在开关电源体积越来越小，功率密度越来越大的趋势下。EMI/EMC问题成为了开关电源安稳性的一个关键要素，也是一个最简略忽视的方面。开关电源的EMI按捺技能在开关电源规划中占有很重要的方位。实践证明，EMI问题越早考虑、越早处理，费用越小、作用越好。
