工程師教你開關(guān)電源電磁兼容設(shè)計全過程（圖）

電磁兼容性問題，也是關(guān)于開關(guān)電源電磁兼容的電磁騷擾EMD與電磁敏感度EMS設(shè)計問題。由于國家開始對部分電子產(chǎn)品強制實行3C認(rèn)證，因此一個電子設(shè)備能否滿足電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，將關(guān)系到這一產(chǎn)品能否在市場上銷售，所以進行開關(guān)電源的電磁兼容性研究顯得非常重要。電磁兼容學(xué)是一門綜合性學(xué)科，它涉及的理論包括數(shù)學(xué)、電磁場理論、天線與電波傳播、電路理論、信號分析、通訊理論、材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等。

進行開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計時，首先進行一個系統(tǒng)設(shè)計，明確以下幾點：

1. 明確系統(tǒng)要滿足的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn);

2. 確定系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵電路部分，包括強干擾源電路、高度敏感電路;

3. 明確電源設(shè)備工作環(huán)境中的電磁干擾源及敏感設(shè)備;

4. 確定對電源設(shè)備所要采取的電磁兼容性措施。

一、DC/DC變換器內(nèi)部噪聲干擾源分析

1.二極管的反向恢復(fù)引起噪聲干擾

在開關(guān)電源中常使用工頻整流二極管、高頻整流二極管、續(xù)流二極管等，由于這些二極管都工作在開關(guān)狀態(tài)，如圖所示，在二極管由阻斷狀態(tài)到導(dǎo)通工作過程中，將產(chǎn)生一個很高的電壓尖峰VFP;在二極管由導(dǎo)通狀態(tài)到阻斷工作過程中，存在一個反向恢復(fù)時間trr，在反向恢復(fù)過程中，由于二極管封裝電感及引線電感的存在，將產(chǎn)生一個反向電壓尖峰VRP，由于少子的存儲與復(fù)合效應(yīng)，會產(chǎn)生瞬變的反向恢復(fù)電流IRP，這種快速的電流、電壓突變是電磁干擾產(chǎn)生的根源。

電流電壓波形圖

二極管反向恢復(fù)時電流電壓波形 二極管正向?qū)娏麟妷翰ㄐ?span style="text-align: justify; text-indent: 2em; ">2.開關(guān)管開關(guān)動作時產(chǎn)生電磁干擾

在正激式、推挽式、橋式變換器中，流過開關(guān)管的電流波形在阻性負(fù)載時近似矩形波，含有豐富的高頻成分，這些高頻諧波會產(chǎn)生很強的電磁干擾，在反激變換器中，流過開關(guān)管的電流波形在阻性負(fù)載時近似三角波，高次諧波成分相對較少。開關(guān)管在開通時，由于開關(guān)時間很短以及逆變回路中引線電感的存在，將產(chǎn)生很大的dV/dt突變和很高的尖峰電壓，在開關(guān)管的關(guān)斷時，由于關(guān)斷時間很短，將產(chǎn)生很大的di/dt突變和很高的電流尖峰，這些電流、電壓突變將產(chǎn)生很強的電磁干擾。

3.電感、變壓器等磁性元件引起的電磁干擾

在開關(guān)電源中存在輸入濾波電感、功率變壓器、隔離變壓器、輸出濾波電感等磁性元件，隔離變壓器初次級之間存在寄生電容，高頻干擾信號通過寄生電容耦合到次邊;功率變壓器由于繞制工藝等原因，原次邊耦合不理想而存在漏感，漏電感將產(chǎn)生電磁輻射干擾，另外功率變壓器線圈繞組流過高頻脈沖電流，在周圍形成高頻電磁場;電感線圈中流過脈動電流會產(chǎn)生電磁場輻射，而且在負(fù)載突切

4.控制電路中周期性的高頻脈沖信號如振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號等將產(chǎn)生高頻高次諧波，對周圍電路產(chǎn)生電磁干擾。

5.此外電路中還會有地環(huán)路干擾、公共阻抗耦合干擾，以及控制電源噪聲干擾等。

6.開關(guān)電源中的布線設(shè)計非常重要，不合理布線將使電磁干擾通過線線之間的耦合電容和分布互感串?dāng)_或輻射到鄰近導(dǎo)線上，從而影響其它電路的正常工作。

7.熱輻射產(chǎn)生的電磁干擾，熱輻射是以電磁波的形式進行熱交換，這種電磁干擾影響其它電子元器件或電路的正常穩(wěn)定工作。

二、外界的電磁干擾

對于某一電子設(shè)備，外界對其產(chǎn)生影響的電磁干擾包括：電網(wǎng)中的諧波干擾、雷電、太陽噪聲、靜電放電，以及周圍的高頻發(fā)射設(shè)備引起的干擾。

三、電磁干擾的后果

電磁干擾將造成傳輸信號畸變，影響設(shè)備的正常工作。對于雷電、靜電放電等高能量的電磁干擾，嚴(yán)重時會損壞設(shè)備。而對于某些設(shè)備，電磁輻射會引起重要信息的泄漏。

四、開關(guān)電源的電磁兼容設(shè)計