导言
近年来，开关电源以其效率高、体积小、输出稳定性好的长处而敏捷发展起来。可是，因为开关电源作业过程中的高频率、高di/dt和高dv/dt使得电磁搅扰问题十分杰出，国内现已以新的3C认证替代了CCIB和CCEE认证，使得对开关电源在电磁兼容方面的要求愈加具体和严厉。现在，怎么下降乃至消除开关电源的EMI问题现已成为全球开关电源规划师以及电磁兼容(EMC)规划师十分重视的问题。本文评论了开关电源电磁干扰构成的原因以及常用的EMI按捺办法。
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。下面具体剖析开关电源噪声发生的原因和途径。
图1 开关电源噪声类型图
1.1 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-mode Interference)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(Differential-mode Interference)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)。
图2 两种搅扰的等效电路
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。则线路中共模电流总巨细为(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，以到达最好的滤波效果。
1.2 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效果，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。
图3 未加PFC电路的输入电流和电压波形
1.3 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材，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。
1.4 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。
1.5 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稳定性，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明显添加，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。
图4 高频作业下的元件频率特性
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。
2.1 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%&&&&&%滤波电路的输入特性，一起也提高了开关电源的功率因数。
软开关技能是减小开关器材损耗和改进开关器材电磁兼容特性的重要办法。开关器材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单进入饱满。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幅度改变，然后按捺了它对外部的搅扰。
图5 饱满电感在减小二极管反向康复电流中的运用
2.2 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效果。在图6中CX1和CX2叫
