工程師教你開關電源電磁兼容設計全過程（圖）

電磁兼容性問題，也是關于開關電源電磁兼容的電磁騷擾EMD與電磁敏感度EMS設計問題。由于國家開始對部分電子產(chǎn)品強制實行3C認證，因此一個電子設備能否滿足電磁兼容標準，將關系到這一產(chǎn)品能否在市場上銷售，所以進行開關電源的電磁兼容性研究顯得非常重要。電磁兼容學是一門綜合性學科，它涉及的理論包括數(shù)學、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、生物醫(yī)學等。

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

1. 明確系統(tǒng)要滿足的電磁兼容標準;

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

3. 明確電源設備工作環(huán)境中的電磁干擾源及敏感設備;

4. 確定對電源設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引起噪聲干擾

在開關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狀態(tài)，如圖所示，在二極管由阻斷狀態(tài)到導通工作過程中，將產(chǎn)生一個很高的電壓尖峰VFP;在二極管由導通狀態(tài)到阻斷工作過程中，存在一個反向恢復時間trr，在反向恢復過程中，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合效應，會產(chǎn)生瞬變的反向恢復電流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.開關管開關動作時產(chǎn)生電磁干擾

在正激式、推挽式、橋式變換器中，流過開關管的電流波形在阻性負載時近似矩形波，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，流過開關管的電流波形在阻性負載時近似三角波，高次諧波成分相對較少。開關管在開通時，由于開關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，在開關管的關斷時，由于關斷時間很短，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.開關電源中的布線設計非常重要，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擾或輻射到鄰近導線上，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，影響設備的正常工作。對于雷電、靜電放電等高能量的電磁干擾，嚴重時會損壞設備。而對于某些設備，電磁輻射會引起重要信息的泄漏。

四、開關電源的電磁兼容設計