跟着电力电子技术的发展，开关电源模块因其相对体积小、效率高、作业牢靠等优点开始替代传统整流电源而被广泛应用到社会的各个领域。但因为开关电源作业频率高，内部发生很快的电流、电压变化，即dv/dt和di/dt，导致开关电源模块将发生较强的谐波干扰和尖峰干扰，并经过传导、辐射和串扰等耦合途径影响自身电路及其它电子体系的正常作业，当然其自身也会遭到其它电子设备电磁干扰的影响。这就是所评论的电磁兼容性问题，也是关于开关电源电磁兼容的电磁骚扰EMD与电磁灵敏度EMS规划问题。因为国家开始对部分电子产品强制实施3C认证，因而一个电子设备能否满意电磁兼容规范，将关系到这一产品能否在市场上出售，所以进行开关电源的电磁兼容性研讨显得非常重要。
电磁兼容学是一门综合性学科，它触及的理论包含数学、电磁场理论、天线与电波传达、电路理论、信号剖析、通讯理论、材质科学、生物医学等。
进行开关电源的电磁兼容性规划时，首先进行一个体系规划，清楚以下几点：
1.清楚体系要满意的电磁兼容规范；
2.确定体系内的要害电路部分，包含强干扰源电路、高度灵敏电路；
3.清楚电源设备作业环境中的电磁干扰源及灵敏设备；
4.确定对电源设备所要采纳的电磁兼容性办法。
一、DC/DC变换器内部噪声干扰源剖析
1．二极管的反向康复引起噪声干扰
在开关电源中常运用工频整流二极管、高频整流二极管、续流二极管等，因为这些二极管都作业在开关状况，如图所示，在二极管由阻断状况到导通作业过程中，将发生一个很高的电压尖峰VFP；在二极管由导通状况到阻断作业过程中，存在一个反向康复时刻trr，在反向康复过程中，因为二极管封装电感及引线电感的存在，将发生一个反向电压尖峰VRP，因为少子的存储与复合效应，会发生瞬变的反向康复电流IRP，这种快速的电流、电压骤变是电磁干扰发生的本源。二极管反向康复时电流电压波形二极管正导游通电流电压波形。
2．开关管开关动作时发生电磁干扰二极管反向康复时电流电压波形二极管正导游通电流电压波形在正激式、推挽式、桥式变换器中，流过开关管的电流波形在阻性负载时近似矩形波，含有丰富的高频成分，这些高频谐波会发生很强的电磁干扰，在反激变换器中，流过开关管的电流波形在阻性负载时近似三角波，高次谐波成分相对较少。开关管在注册时，因为开关时刻很短以及逆变回路中引线电感的存在，将发生很大的dV/dt骤变和很高的尖峰电压，在开关管的关断时，因为关断时刻很短，将发生很大的di/dt骤变和很高的电流尖峰，这些电流、电压骤变将发生很强的电磁干扰。
3．电感、变压器等磁性元件引起的电磁干扰：在开关电源中存在输入滤波电感、功率变压器、阻隔变压器、输出滤波电感等磁性元件，阻隔变压器初次级之间存在寄生电容，高频干扰信号经过寄生电容耦合到次边；功率变压器因为绕制工艺等原因，原次边耦合不抱负而存在漏感，漏电感将发生电磁辐射干扰，别的功率变压器线圈绕组流过高频脉冲电流，在周围构成高频电磁场；电感线圈中流过脉动电流会发生电磁场辐射，而且在负载突切时，会构成电压尖峰，一起当它作业在饱和状况时，将会发生电流骤变，这些都会引起电磁干扰。
4．操控电路中周期性的高频脉冲信号如振荡器发生的高频脉冲信号等将发生高频高次谐波，对周围电路发生电磁干扰。
5．此外电路中还会有地环路干扰、公共阻抗耦合干扰，以及操控电源噪声干扰等。
6．开关电源中的布线规划非常重要，不合理布线将使电磁干扰经过线线之间的耦合电容和分布互感串扰或辐射到邻近导线上，然后影响其它电路的正常作业。
7．热辐射发生的电磁干扰，热辐射是以电磁波的办法进行热交换，这种电磁干扰影响其它电子元器材或电路的正常稳定作业。
二、外界的电磁干扰
关于某一电子设备，外界对其发生影响的电磁干扰包含：电网中的谐波干扰、雷电、太阳噪声、静电放电，以及周围的高频发射设备引起的干扰。
三、电磁干扰的后果
电磁干扰将造成传输信号畸变，影响设备的正常作业。关于雷电、静电放电等高能量的电磁干扰，严重时会损坏设备。而关于某些设备，电磁辐射会引起重要信息的走漏。
四、开关电源的电磁兼容规划
了解了开关电源内部及外部电磁干扰源后，咱们还应知道，构成电磁干扰机理的三要素是还有传达途径和受扰设备。因而开关电源的电磁兼容规划首要从以下三个方面下手：
1.减小干扰源的电磁干扰能量；
2.切断干扰传达途径；
3.进步受扰设备的抗干扰才能。
正确了解和把握开关电源的电磁干扰源及其发生机理和干扰传达途径，关于采纳何种抗干扰办法以使设备满意电磁兼容要求非常重要。因为干扰源有开关电源内部发生的干扰源和外部的干扰源，而且能够说干扰源无法消除，受扰设备也总是存在，因而能够说电磁兼容问题总是存在。
下面以阻隔式DC/DC变换器为例，评论开关电源的电磁兼容性规划：
1.DC/DC变换器输入滤波电路的规划
如图所示，FV1为瞬态电压按捺二极管，RV1为压敏电阻，都具有很强的瞬变浪涌电流的吸收才能，能很好的维护后级元件或电路免遭浪涌电压的破坏。Z1为直流EMI滤波器，有必要杰出接地，接地线要短，最好直接安装在金属外壳上，还要确保其输入、输出线之间的屏蔽阻隔，才能有用的切断传导干扰沿输入线的传达和辐射干扰沿空间的传达。L1、C1组成低通滤波电路，当L1电感值较大时，还需添加如图所示的V1和R1元件，构成续流回路吸收L1断开时开释的电场能，否则L1发生的电压尖峰就会构成电磁干扰，电感L1所运用的磁芯最好为闭合磁芯，带气隙的开环磁芯的漏磁场会构成电磁干扰，C1的容量较大为好，这样能够减小输入线上的纹波电压，然后减小输入导线周围构成的电磁场。点击进入看图评论DC/DC变换器输入滤波电路2.高频逆变电路的电磁兼容规划，如图所示，C2、C3、V2、V3组成的半桥逆变电路，V2、V3为IGBT、MOSFET等开关元件，在V2、V3注册和关断时，因为开关时刻很快以及引线电感、变压器漏感的存在，回路会发生较高的di/dt、dv/dt骤变，然后构成电磁干扰，为此在变压器原边两头添加R4、C4构成的吸收回路，或在V2、V3两头别离并联电容器C5、C6，并缩短引线，减小ab、cd、gh、ef的引线电感。在规划中，C4、C5、C6一般选用低感电容，电容器容量的巨细取决于引线电感量、回路中电流值以及答应的过冲电压值的巨细，LI2/2=C△V2/2公式求得C的巨细，其间L为回路电感，I为回路电流，△V为过冲电压值。
为减小△V，就有必要减小回路引线电感值，为此在规划时常运用一种叫“多层低感复合母排”的设备，由我所申请专利的该种母排设备能将回路电感下降到足够小，达10nH级，然后到达减小高频逆变回路电磁干扰的目的。
从电磁兼容性规划角度考虑，应尽量下降开关管V2、V3的开关频率，然后下降di/dt、dv/dt值。别的运用ZCS或ZVS软开关变换技术能有用降低高频逆变回路的电磁干扰。在大电流或高电压下的快速开关动作是发生电磁噪声的根本，因而尽可能选用发生电磁噪声小的电路拓扑，如在平等条件下双管正激拓扑比单管正激拓扑发生电磁噪声要小，全桥电路比半桥电路发生电磁噪声要小。添加吸收电路后开关管上的电流、电压波形与没有吸收回路时的波形比较。
3.高频变压器的电磁兼容规划
在高频变压器T1的规划时，尽量选用电磁屏蔽性较好的磁芯材质。
如图所示，C7、C8为匝间耦合电路，C11为绕组间耦合电容，在变压器绕制时，尽量减小分布电容C11，以减小变压器原边的高频干扰耦合到次边绕组。别的为进一步减小电磁干扰，可在原、次边绕组间添加一个屏蔽层，屏蔽层杰出接地，这样变压器原、次边绕组对屏蔽层间就构成耦合电容C9、C10，高频干扰电流就经过C9、C10流到大地。
因为变压器是一个发热元件，较差的散热条件必然导致变压器温度升高，然后构成热辐射，热辐射是以电磁波办法对外传达，因而变压器有必要有很好的散热条件。一般将高频变压器封装在一个铝壳盒内，铝盒还可安装在铝散热器上，并灌注电子硅胶，这样变压器即可构成较好的电磁屏蔽，还可确保有较好的散热作用，减小电磁辐射。
4.输出整流电路电磁兼容规划
如图所示为输出半波整流电路，V6为整流二极管，V7为续流二极管，因为V6、V7作业于高频开关状况，因而输出整流电路的电磁干扰源首要是V6和V7，R5、C12和R6、C13别离衔接成V6、V7的吸收电路，用于吸收其开关动作时发生的电压尖峰，并以热的办法在R5、R6上消耗。削减整流二极管的数量就可减小电磁干扰的能量，因而平等条件下，选用半波整流电路比选用全波整流和全桥整流发生的电磁干扰要小。
为减小二极管的电磁干扰，有必要选用具有软康复特性的、反向康复电流小、反向康复时刻短的二极管器材。从理论上讲，肖特基势垒二极管（SBD）是多数载流子导流，不存在少子的存储与复合效应，因而也就不会有反向电压尖峰干扰，但实践上关于较高反向作业电压的肖特基二极管，跟着电子势垒厚度的添加，反向康复电流会增大，也会发生电磁噪声。因而在输出电压较低的状况下选用肖特基二极管作直流二极管发生的电磁干扰会比选用其它二极管器材要小。
5.输出直流滤波电路的电磁兼容规划
输出直流滤波电路首要用于切断电磁传导干扰沿导线向输出负载端传达，减小电磁干扰在导线周围的电磁辐射。L2、C17、C18组成的LC滤波电路，能减小输出电流、电压纹波的巨细，然后减小经过辐射传达的电磁干扰，滤波电容C17、C18尽量采用多个电容并联，减小等效串联电阻，然后减小纹波电压，输出电感L2值尽量大，减小输出纹波电流的巨细，别的电感L2最好运用不开气隙的闭环磁芯，最好不是饱和电感。在规划时，咱们要记住，导线上有电流、电压的变化，在导线周围就有变化的电磁场，电磁场就会沿空间传达构成电磁辐射。C19用于滤除导线上的共模干扰，尽量选用低感电容，且接线要短，C20、C21、C22、C23用于滤除输出线上的差模干扰，宜选用低感的三端电容，且接地线要短，接地牢靠。Z3为直流EMI滤波器，根据状况运用或不运用，是选用单级仍是多级滤波器，但要求Z3直接安装在金属机箱上，最好滤波器输入、输出线能屏蔽阻隔。
6.接触器、继电器等其它开关器材电磁兼容规划
继电器、接触器、风机等在掉电后，其线圈将发生较大的电压尖峰，然后发生电磁干扰，为此在直流线圈两头反并联一个二极管或RC吸收电路，在交流线圈两头并联一个压敏电阻用于吸收线圈掉电后发生的电压尖峰。一起要留意假如接触器线圈电源与辅助电源的输入电源为同一个电源，之间最好经过一个EMI滤波器。继电器触头动作时也将发生电磁干扰，因而要在触头两头添加RC吸收回路。
7.开关电源箱体结构的电磁兼容规划
开关电源材质挑选：没有“磁绝缘”材质，电磁屏蔽是运用“磁短路”的原理，来切断电磁干扰在设备内部与外界空气中的传达途径。在进行开关电源的箱体结构规划时，要充分考虑对电磁干扰的屏蔽效能，关于屏蔽材质的挑选原则是，当干扰电磁场的频率较高时，选用高电导率的金属材质，屏蔽作用较好；当干扰电磁波的频率较低时，要选用高导磁率的金属材质，屏蔽作用较好；在某些场合下，假如要求对高频和低频电磁场都具有杰出的屏蔽作用时，往往选用高电导率和高导磁率的金属材质组成多层屏蔽体。
孔洞、缝隙、搭接处理办法：选用电磁屏蔽办法无需重新规划电路，便可到达很好的电磁兼容作用。抱负的电磁屏蔽体是一个无缝隙、无孔洞、无透入的导电连续体，低阻抗的金属密封体，可是一个彻底密封的屏蔽体是没有实用价值的，因为在开关电源设备中，有输入、输出线过孔、散热通风孔等孔洞，以及箱体结构部件之间的搭接缝隙，假如不采纳办法将会发生电磁走漏，使箱体的屏蔽效能下降、乃至彻底损失。因而在开关电源箱体规划时，金属板之间的搭接最好选用焊接，无法焊接时要运用电磁密封垫或其它的屏蔽材质，箱体上的开孔要小于要屏蔽的电磁波的波长的1/2，否则屏蔽作用将大大下降；关于通风孔，在屏蔽要求不高时能够运用穿孔金属板或金属化丝网，在要求既要屏蔽效能高，又要通风作用好时选用到波导管等办法，进步屏蔽体的屏蔽效能。假如箱体的屏蔽效能仍无法满意要求时，能够在箱体上喷涂屏蔽漆。除了对开关电源整个箱体的屏蔽之外，还能够对电源设备内部的元件、部件等干扰源或灵敏设备进行部分屏蔽。
在进行箱体结构规划时，针对设备上所有会遭到静电放电实验的部分，规划出一条低阻抗的电流泄放途径，箱体有必要有牢靠的接地办法，而且要确保接地线的载流才能，一起将灵敏电路或元件远离这些泄放回路，或对其选用电场屏蔽办法。关于结构件的表面处理，一般首要电镀银、锌、镍、铬、锡，这需要从导电性能、电化学反响、本钱及电磁兼容性等多方面考虑后做出挑选。
开关电源的元器材布局与布线中的电磁兼容规划
关于开关电源设备内部元器材的布局有必要全体考虑电磁兼容性的要求，设备内部的干扰源会经过辐射和串扰等途径影响其它元件或部件的作业，研讨标明，在离干扰源必定距离时，干扰源的能量将大大衰减，因而合理的布局有利于减小电磁干扰的影响。
EMI输入输出滤波器最好安装在金属机箱的入口处，并确保其输入线与输出线电磁环境的屏蔽阻隔。
灵敏电路或元件要远离发热源。
关于开关电源产品，咱们一般须恪守以下布线原则：
1主电路输入线与输出线分隔走线。
2EMI滤波器输入线与输出线分隔走线。
3主电道路与操控信号线分隔走线。
4高压脉冲信号线最好分隔单独走线。
5分隔布线的原则是避免平行走线，能够笔直交叉，线束之间距离在20mm以上。
6电缆不要贴着金属外壳和散热器走线，确保必定距离。
7双绞线、同轴电缆及带状电缆在EMC规划中的运用
双绞线、同轴电缆都能有用的按捺电磁干扰。在脉冲信号传输线路中常运用双绞线，操控辅助电源线和传感器信号线最好用双绞屏蔽线。因为双绞线两根线之间有很小的回路面积，而且双绞线的每两个相邻的回路上感应出的电流具有巨细相等、方向相反，发生的磁场彼此抵消，这样就能够减小因辐射引起的差模干扰，不过双绞线绞合的圈数最好为偶数，且每单位波长所绞合的圈数愈多，消除耦合的作用愈好。运用时留意双绞线和同轴电缆两头不能一起接地，只能单端接地，而对屏蔽线，屏蔽层两头接地能既能屏蔽电场还能屏蔽磁场，单端接地只能屏蔽电场。运用同轴电缆时还要留意，其屏蔽层有必要彻底包覆信号线接地，即接头与电缆屏蔽层有必要3600搭接，才能有用屏蔽电磁场，如图所示，信号线裸露部分仍能够与外界构成互容耦合，下降屏蔽效能。
带状电缆适合于短距离的信号传输，咱们知道为了下降差模信号的电磁辐射，有必要减小信号线和信号回流线所构成的回路面积，因而在规划带状电缆布局时，最好将信号线与接地线距离摆放。如图所示，其间S为信号线，G为信号地线。
元器材的挑选
热传达的办法有传导、对流和辐射，热辐射是以电磁波的办法向空中传达的，热传导也会向周围其它元件传导热量，这些都会影响其它元器材或电路的正常作业，因而从元器材热规划方面考虑要尽量留有较大余量，以下降元器材的温升及器材表面的温度，除元器材对温升有特殊要求外，一般开关电源要求内部元件温度小于90℃，内部环境温度不超过65℃，以减小热辐射干扰。
对数字集成电路，从电磁兼容性角度看应多选用高噪声容限的CMOS器材代替低噪声容限的TTL器材。
尽量运用低速、窄带元件和电路。
选用分布电感较小的SMP元件，选用高频特性好、等效串联电感低的陶瓷介质电容器、高频无感电容器、三端电容器和穿心电容器等作滤波电容。
操控电路及PCB的电磁兼容规划
信号地是指信号电流流回信号源的一条低阻抗途径。在规划中往往因为接地办法不恰当而发生地环路干扰和公共阻抗耦合干扰。因而要合理选用接地办法，接地的办法有单点接地、多点接地和混合接地。
地环路干扰：常发生在经过较长电缆衔接，地相距较远的设备之间。原因是因为地环路电流的存在，使两个设备的地电位不同。一般用光电耦合器或阻隔变压器进行“地”阻隔，消除地环路干扰。因为阻隔变压器绕组之间寄生电容较大，即使采纳屏蔽办法的阻隔变压器一般也只用于1MHZ以下的信号阻隔，超过1MHZ时多选用光电耦合器阻隔。
公共阻抗耦合：当两个电路的地电流流过一个公共阻抗时，就会发生公共阻抗耦合。因为地线是信号回流线，一个电路的作业状况必然会影响地线电压，当两个电路共用一段地线时，地线的电压就会一起遭到两个电路作业状况的影响。
可见无论是地环路干扰仍是公共阻抗耦合问题都是因为地线阻抗引起的，因而在规划时必定要考虑尽量下降地线阻抗与感抗。
如何减小操控电源噪声：电源线上有电流骤变，就会发生噪声电压。在接近芯片的位置添加解耦电容，能有用减小噪声。假如是高频电流负载，则选用多个同容量的高频电容和无感电容并联能获得更好的作用。留意电容容量并非越大越好，首要根据其谐振频率、供给脉冲电流频率来挑选。
印制板合理的安置地线将能有用的减小印制板的辐射以及进步其抗辐射干扰才能，请留意
l安置地线网络：在双面板的双面安置最多的平行地线。
l关于一些要害信号（如脉冲信号和对外界较灵敏的电平信号）的地线的安置有必要尽量缩小引线长度，减小信号的回流面积。假如是双面板，地线和信号线能够在印制板双面并联平行走线。
l若是多层线路板，且既有数字地又有模仿地，则数字地和模仿地有必要安置在同一层，减小它们之间的耦合干扰。
l在实践电路中常发生公共阻抗耦合，因而要根据实践状况挑选正确的接地办法。
11.其它办法
11.1.IGBT，MOSFET等开关元件的驱动脉冲信号添加一个-5V～-10V的负电平，进步驱动信号的抗干扰才能。或驱动信号选用光纤传输技术，光纤适宜于远距离传输，具有抗干扰才能强的特点。
11.2.经过软件的编程技术，进步开关电源的抗干扰才能，为了避免电平信号中的毛刺，引起软件的误判断及误动作，能够经过多次采样等数字滤波办法来滤除干扰信号。
本文详细剖析了阻隔式DC/DC变换器存在的电磁干扰源及其发生机理，并详细介绍了针对其主电路和操控电路的电磁兼容规划办法，这些办法对其它电子产品的电磁兼容规划具有必定的指导作用。
