為了提高開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品（SwitchModePowerSupply，簡(jiǎn)稱(chēng)SMPS)的開(kāi)關(guān)頻率和質(zhì)量，電磁兼容性是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。造成SMPS電磁干擾的因素還有很多，抑制電磁干擾還有很多工作要做。只有在設(shè)計(jì)中充分考慮了電磁兼容性，才能使SMPS得到廣泛應(yīng)用。
一.導(dǎo)言
電磁兼容(EMC)是指電子設(shè)備或系統(tǒng)在規(guī)定的電磁環(huán)境水平下，不因電磁干擾而降低其性能指標(biāo)，其產(chǎn)生的電磁輻射不大于規(guī)定的極限水平，不影響其他電子設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作，達(dá)到設(shè)備和系統(tǒng)之間互不干擾，共同可靠工作的目的。
世界各國(guó)都相應(yīng)地制定了自己的EMC標(biāo)準(zhǔn)。例如國(guó)際電工委員會(huì)的1EC61000和C1SPR系列標(biāo)準(zhǔn)，歐共體的FN系列標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)的FCC系列標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)的GT3/T13926系列EMC標(biāo)準(zhǔn)等。隨著國(guó)際電磁兼容法規(guī)的日益嚴(yán)格，產(chǎn)品的電磁兼容性越來(lái)越受到重視。
SMPS作為電源設(shè)備，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著電力電子器件的不斷升級(jí)，SMPS的開(kāi)關(guān)頻率和開(kāi)關(guān)速度也在不斷提高，但開(kāi)關(guān)的快速通斷造成了電壓和電流的快速變化。這些瞬態(tài)電壓和電流，加上電力線、寄生參數(shù)和雜散電磁場(chǎng)，會(huì)產(chǎn)生大量的電磁干擾。
二、SMPS的干擾源分析
SMPS產(chǎn)生的電磁干擾(EMI)按耦合通道可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾；根據(jù)噪聲干擾源的類(lèi)型，可分為峰值干擾和諧波干擾。SMPS工作過(guò)程中產(chǎn)生的浪涌電流和峰值電壓形成干擾源，工頻整流濾波中使用的大電容充放電，高頻時(shí)開(kāi)關(guān)管的電壓切換，輸出整流二極管的反向恢復(fù)電流都是這類(lèi)干擾源。
三.電磁干擾的抑制措施
電磁干擾是由三個(gè)基本要素結(jié)合而產(chǎn)生的:電磁干擾源；對(duì)干擾能量敏感的設(shè)備；將電磁干擾源傳輸?shù)矫舾性O(shè)備的介質(zhì)是傳輸通道或耦合方式。SMPS產(chǎn)生的電磁干擾的抑制措施主要從兩個(gè)方面考慮:一是降低干擾源的干擾強(qiáng)度；首先是切斷干擾傳播途徑。
常見(jiàn)的抗干擾措施有電路隔離、屏蔽、接地、安裝EMI濾波器和PCB板的合理布局布線。
1.電路的隔離
在SMPS中，電路隔離主要包括:模擬電路的隔離、數(shù)字電路的隔離以及數(shù)字電路與模擬電路之間的隔離。主要目的是通過(guò)隔離元件來(lái)切斷噪聲干擾的路徑，從而達(dá)到抑制噪聲干擾的效果。SMPS模擬信號(hào)控制系統(tǒng)的隔離，交流信號(hào)一般采用變壓器隔離，DC信號(hào)一般采用線性隔離器(如線性光耦)隔離。數(shù)字電路的隔離主要有:脈沖變壓器隔離、光電耦合器隔離等。其中，數(shù)字輸入隔離主要采用脈沖變壓器隔離和光電耦合器隔離；數(shù)字輸出隔離主要采用光電耦合器隔離和高頻變壓器隔離。
2.防護(hù)的
屏蔽一般分為兩類(lèi)，一類(lèi)是靜電屏蔽，主要用于防止靜電場(chǎng)和恒定磁場(chǎng)的影響；另一種是電磁屏蔽，主要用于防止交變電場(chǎng)、交變磁場(chǎng)、交變電磁場(chǎng)的影響。屏蔽是抑制SMPS輻射干擾的有效方法。電場(chǎng)可以用導(dǎo)電性好的材料屏蔽，磁場(chǎng)可以用磁導(dǎo)率高的材料屏蔽。
3.接地
為了防止各種電路相互干擾，使它們相互兼容工作，工作接地根據(jù)電路的性質(zhì)分為不同的類(lèi)型。如DC地、交流地、數(shù)字地、模擬地、信號(hào)地、電源地、電源地等。在電路設(shè)計(jì)中，交流電源應(yīng)與直流電源分開(kāi)，模擬電路應(yīng)與數(shù)字電路分開(kāi)，電源地應(yīng)與弱電地分開(kāi)。
4.安裝EMI濾波器
電力濾波器安裝在電力線和電子設(shè)備之間，用于抑制來(lái)自電力線的傳導(dǎo)干擾，減少來(lái)自電網(wǎng)的傳導(dǎo)干擾，對(duì)提高設(shè)備的可靠性有重要作用。SMPS產(chǎn)生的電磁干擾主要是傳導(dǎo)干擾，傳導(dǎo)干擾分為差模干擾和共模干擾。SMPSEMI濾波器的基本網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。濾波器由共模扼流圈L、差模電容Cx和共模電容Cy組成。共模扼流圈L由纏繞在同一高導(dǎo)磁率磁芯上的兩個(gè)繞組組成，其結(jié)構(gòu)使得差模電流產(chǎn)生的磁通量相互抵消。這種結(jié)構(gòu)可以用更小的體積獲得更大的電感，也不用擔(dān)心工作電流導(dǎo)致飽和。每個(gè)繞組和電容Cy分別構(gòu)成L-E和N-E兩對(duì)獨(dú)立端口的低通濾波器，形成共模濾波網(wǎng)絡(luò)，用于抑制電力線上的共模干擾。至于共模扼流圈L、差模電容Cx、共模電容Cy的取值，濾波器的諧振頻率應(yīng)盡可能低于SMPS的工作頻率，這樣才能濾除整個(gè)頻段。
5.合理的布局和布線。PCB板
SMPS的輻射干擾與電流路徑中的電流、路徑的環(huán)路面積和電流頻率的平方的乘積成正比，即輻射干擾。應(yīng)用這種關(guān)系的前提是路徑尺寸遠(yuǎn)小于頻率的波長(zhǎng)。上述關(guān)系表明，減小過(guò)孔面積是降低輻射騷擾的關(guān)鍵，也就是說(shuō)SMPS的元器件之間要緊密排列。在一次電路中，要求輸入電容、晶體管和變壓器相互靠近，布線緊湊。在次級(jí)電路中，要求二極管、變壓器和輸出電容彼此靠近。在印刷電路板上，正負(fù)載電流導(dǎo)體分布在印刷電路板的兩側(cè)，并盡量保持兩個(gè)載流導(dǎo)體相互平行，因?yàn)槠叫星铱拷恼?fù)載電流導(dǎo)體產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)往往會(huì)相互抵消。
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