綜述開關(guān)電源EMC產(chǎn)生機(jī)理及其對策

測量;

　　測量頻率范圍：GB規(guī)定的測量范圍為30MHz ~ 1GHz，隨著時鐘頻率的升高，有擴(kuò)展到18GHz的趨勢，GJB規(guī)定的測量頻率范圍為10kHz ~ 18GHz。

　　EUT的布置：GB和GJB都要求EUT按照實際工作狀態(tài)布置(互聯(lián)電纜和所連接的外部設(shè)備全部按實際狀態(tài)連接)，GB要求EUT放置在木制測試臺上，GJB要求EUT放置在金屬板上。距離地面的距離為0.8米;

　　檢波方式：干擾測量儀的讀數(shù)與檢波方式有關(guān)，因此標(biāo)準(zhǔn)中都明確規(guī)定檢波方式，GB要求準(zhǔn)峰值檢波，GJB要求峰值檢波;

　　最大輻射點：與處理電磁兼容問題的原則相同，僅關(guān)心最壞情況。因此，以EUT的最大輻射值為測量結(jié)果。最大輻射值的含義有4個，第一：EUT的工作狀態(tài)處于最大輻射狀態(tài)，第二：EUT最大輻射面對著天線，第三：天線的極化方向為接收最大場強(qiáng)的方向，第四：天線的高度為接收最大場強(qiáng)的位置。GJB中，沒有第四點的要求，即，天線的高度是固定的。

　　GB(中國國家標(biāo)準(zhǔn))：基本采用CISPR和IEC標(biāo)準(zhǔn)，目前已發(fā)布57個。

　　GJB(中國軍用標(biāo)準(zhǔn))：基本采用美軍標(biāo)，例如GJB151A = MIL-STD –461D。

　　測量設(shè)備：

　　騷擾測量設(shè)備：用來定量計量騷擾強(qiáng)度的設(shè)備，可以是EMI測量接收機(jī)，也可以是頻譜分析儀，頻率范圍要覆蓋150KHz~30MHz，具有峰值、準(zhǔn)峰值和平均值檢波功能。

　　線路阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)(LISN)：由于電源端子傳導(dǎo)發(fā)射的強(qiáng)度與電網(wǎng)的阻抗有關(guān)，因此為了使測量具有唯一性，必須在特定的阻抗條件下測量，LISN就提供了這樣一個環(huán)境，GB9254標(biāo)準(zhǔn)中使用的LISN為50Ω/50μH。

　　接地平板：受試設(shè)備要放置在接地金屬板上進(jìn)行試驗，該金屬板比被測設(shè)備邊框大0.5米，最小尺寸為2m×2m。

　　電快速脈沖試驗?zāi)M電網(wǎng)中的感性負(fù)載斷開時產(chǎn)生的干擾。這種干擾不僅會出現(xiàn)在電源線上，而且會耦合到信號線上。因此，這個試驗要對電源線和信號線做。設(shè)備能夠通過浪涌試驗，并不意味著也能通過電快速脈沖試驗。一方面是因為后者的頻率成份遠(yuǎn)高于前者，具備不同的干擾機(jī)理，令一方面是因為電快速脈沖試驗中施加的干擾是重復(fù)性，這對電路具有一種積分效應(yīng)，是電路中的積分型抗干擾電路實效。

　　頻譜分析儀能夠快速地在較寬的頻率范圍內(nèi)掃描，因此是診斷電磁干擾發(fā)射的方便工具。使用頻譜分析儀時需要注意的問題：頻譜分析儀不能觀測瞬間干擾，如靜電放電、雷電等;頻譜分析儀的掃描時間不能設(shè)置得太短，即不能使掃描速度太快;從頻譜分析儀屏幕上讀取頻率與幅度數(shù)據(jù)時，其精度與頻譜儀的掃描范圍有關(guān)，范圍越窄，精度越高;當(dāng)輸入信號過大時，頻譜分析儀會發(fā)生過載，使讀取的幅度數(shù)據(jù)比實際的小，用輸入衰減器可以避免過載;減小頻譜儀的中頻帶寬可以提高儀器的靈敏度(和選擇性)，但掃描時間會更長;寬帶信號的幅度會隨著中頻分辨帶寬的增加而增加。

　　電磁干擾(EMI)接收機(jī)是另一種測量電磁干擾的設(shè)備，許多人在選購儀器時搞不懂接收機(jī)與頻譜儀之間的區(qū)別，下面做一簡單比較：

　　所有的接收機(jī)都標(biāo)準(zhǔn)配置預(yù)選器(頻譜儀需要選配)，能夠有效地抑制帶外噪聲;所有的接收機(jī)用基頻混頻方式(頻譜儀使用基頻和諧頻混頻)，具有較高的靈敏度;接收機(jī)的中頻濾波器為矩形(頻譜儀的中頻濾波器為高斯形)，具有更好的選擇性;接收機(jī)適合于正式測量，不適合于診斷。

　　EMC試驗室有華測(CTI)、SGS、信測、信華、華通威、冠準(zhǔn)、莫特、廣州ETL、廣州五所、東莞經(jīng)續(xù)、東莞沃特、厚街北南、長安世鴻、長安碩信(ATT)、大朗信寶、塘夏歐標(biāo)、摩爾實驗室、經(jīng)續(xù)檢驗技術(shù)有限公司等。像美國的FCC只測EMI中的輻射和傳導(dǎo)，不測EMS。有些國家EMI和EMS是分開測的，有些國家是一起像CCC認(rèn)證CE認(rèn)證?，F(xiàn)在很多電器類產(chǎn)品做CE還要加測電磁波騷擾EMF，標(biāo)準(zhǔn)是EN-50336。電源EMI技術(shù)就算能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，有的產(chǎn)品要求要達(dá)一定的濕度測試。在深圳濕試控制都比較難做。深圳幾家大實驗室，都比較難，空間問題。EMI不只包括傳導(dǎo)，輻射，電流諧波與電壓閃爍也是EMI的部分。諧波和閃爍是設(shè)備對外的，而不是外界對設(shè)備的，所以是EMI，不是EMS。

　　開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理及其傳播途徑

　　功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動作是導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的EMI問題。開關(guān)電源工作時，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時間內(nèi)上升和下降的，因此，開關(guān)電源本身是一個噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。現(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：

　　1、二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾

　　交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動電壓，經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。

　　高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。

　　2、開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾

　　功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負(fù)載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時,這種諧 波干擾將會很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產(chǎn)生 尖峰干擾。

　　3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾

　　無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

　　4、其他原因

　　元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計不夠完美，印刷線路板(PCB)走線通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。

　　Flyback 架構(gòu)noise 在頻譜上的反應(yīng)

　　0.15 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾。

　　0.2 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的4次諧波和MOSFET 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加，引起的干擾;所以這部分較強(qiáng)。

　　0.25 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾;

　　0.35 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾;

　　0.39 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開關(guān)頻率的8次諧波和MOSFET 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加引起的干擾;

　　1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diode 振蕩1(1.31MHz)的基波引起的干擾;

　　3.3 MHz處產(chǎn)生的振蕩是MOSFET 振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾;

　　開關(guān)管、整流二極管的振蕩會產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾

　　設(shè)計開關(guān)電源時防止EMI的措施:

　　1.把噪音電路節(jié)點的PCB銅箔面積最大限度地減小;如開關(guān)管的漏極、集電極，初次級繞組的節(jié)點，等。

　　2.使輸入和輸出端遠(yuǎn)離噪音元件，如變壓器線包，變壓器磁芯，開關(guān)管的散熱片，等等。

　　3. 使噪音元件(如未遮蔽的變壓器線包，未遮蔽的變壓器磁芯，和開關(guān)管，等等)遠(yuǎn)離外殼邊緣，因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線。

　　4. 如果變壓器沒有使用電場屏蔽，要保持屏蔽體和散熱片遠(yuǎn)離變壓器。

　　5. 盡量減小以下電流環(huán)的面積：次級(輸出)整流器，初級開關(guān)功率器件，柵極(基極)驅(qū)動線路，輔助整流器。

　　6.不要將門極(基極)的驅(qū)動返饋環(huán)路和初級開關(guān)電路或輔助整流電路混在一起。

　　7.調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值，使它在開關(guān)的死區(qū)時間里不產(chǎn)生振鈴響聲。

　　8. 防止EMI濾波電感飽和。

　　9.使拐彎節(jié)點和 次級電路的元件遠(yuǎn)離初級電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片。

　　10.保持初級電路的擺動的節(jié)點和元件本體遠(yuǎn)離屏蔽或者散熱片。

　　11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端。

　　12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線端子。

　　13. 使EMI濾波器對面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離。

　　14.在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻。

　　15.在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻。

　　16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻。

　　17.在PCB設(shè)計時允許放1nF/ 500 V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間。

　　18.保持EMI濾波器遠(yuǎn)離功率變壓器;尤其是避免定位在繞包的端部。

　　19.在PCB面積足夠的情況下, 可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端。

20.空間允許的話在開