開源電源EMI設計的五個經驗

　　本文將詳細介紹開源電源設計中的五個經驗，分別是：開關電源的EMI源、開關電?源EMI傳輸通道分類、開關電源E?MI抑制的9大措施、高頻變壓器?漏感的控制、高頻變壓器的屏蔽。

　　1.開關電源的EMI源

　　開關電源的EMI干擾源集中體現在功率開關管、整流二極管、高頻變壓器等，外部環境對開關電源的干擾主要來自電網的抖動、雷擊、外界輻射等。

　?。?）功率開關管

　　功率開關管工作在On-Off快速循環轉換的狀態，dv/dt和di/dt都在急劇變換，因此，功率開關管既是電場耦合的主要干擾源，也是磁場耦合的主要干擾源。

　?。?）高頻變壓器

　　高頻變壓器的EMI來源集中體現在漏感對應的di/dt快速循環變換，因此高頻變壓器是磁場耦合的重要干擾源。

　?。?）整流二極管

　　整流二極管的EMI來源集中體現在反向恢復特性上，反向恢復電流的斷續點會在電感（引線電感、雜散電感等）產生高 dv/dt，從而導致強電磁干擾。

　?。?）PCB

　　準確的說，PCB是上述干擾源的耦合通道，PCB的優劣，直接對應著對上 述EMI源抑制的好壞。

　　2.開關電源EMI傳輸通道分類

　?。ㄒ唬?傳導干擾的傳輸通道

　?。?）容性耦合

　?。?）感性耦合

　?。?）電阻耦合

　　a.公共電源內阻產生的電阻傳導耦合

　　b.公共地線阻抗產生的 電阻傳導耦合

　　c.公共線路阻抗產生的電阻傳導耦合

　?。ǘ?。輻射干擾的傳輸通道

　?。?）在開關 電源中，能構成輻射干擾源的元器件和導線均可以被假設為天線，從而利用電偶極子和磁偶極子理論進行分析;二極管、電容、功率開關管可以假設為電偶極子，電 感線圈可以假設為磁偶極子;

　?。?）沒有屏蔽體時，電偶極子、磁偶極子，產生的電磁波傳輸通道為空氣（可以假設為自由空間）;

　?。?）有屏蔽體時，考慮屏蔽體的縫隙和孔洞，按照泄漏場的數學模型進行分析處理。

　　3.開關電源EMI抑制的9大措施

　　在開關電源中，電壓和電流的突變，即高dv/dt和di/dt，是其EMI產生的主要原因。實現開關電源的EMC設計技術措施主要基于以下兩點：

　?。?）盡量減小電源本身所產生的干擾源，利用抑制干擾的方法或產生干擾較小的元器件和電路，并進行合理布局;

　?。?）通過接地、濾波、屏蔽 等技術抑制電源的EMI以及提高電源的EMS。

　　分開來講，9大措施分別是：

　?。?）減小dv/dt和di/dt（降 低其峰值、減緩其斜率）

　?。?）壓敏電阻的合理應用，以降低浪涌電壓

　?。?）阻尼網絡抑制過沖

　?。?）采用軟恢復特 性的二極管，以降低高頻段EMI

　?。?）有源功率因數校正，以及其他諧波校正技術

　?。?）采用合理設計的電源線濾波器

　?。?）合理的接地處理

　?。?）有效的屏蔽措施

　?。?）合理的PCB設計

　　4.高頻變壓器漏感的控制

　　高頻變壓器的漏感是功率開關管關斷尖峰電壓產生的重要原因之一，因此，控制漏感成為解決高頻變壓器帶來的EMI首要面對的問題。

　　減小高頻變壓器漏感兩個切入點：電氣設計、工藝設計！

　?。?）選擇合適磁芯，降低漏感。漏感與原邊匝數平方成正比，減小匝數會顯著降低漏感。

　?。?）減小繞組間的絕緣層?，F在有一種稱之為“黃金薄膜”的絕緣層，厚度20～100um，脈沖擊穿電壓可達幾千伏。

　?。?）增加繞組間耦合度，減小漏感。

　　5.高頻變壓器的屏蔽

　　為防止高頻變壓器的漏磁對周圍電路產生干擾，可采用屏 蔽帶來屏蔽高頻變壓器的漏磁場。屏蔽帶一般由銅箔制作，繞在變壓器外部一周，并進行接地，屏蔽帶相對于漏磁場來說是一個短路環，從而抑制漏磁場更大范圍的 泄漏。

　　高頻變壓器，磁心之間和繞組之間會發生相對位移，從而導致高頻變壓器在工作中產生噪聲（嘯叫、振動）。為防止該噪聲，需要對變 壓器采取加固措施：

　?。?）用環氧樹脂將磁心（例如EE、EI磁心）的三個接觸面進行粘接，抑制相對位移的產生;

　?。?）用“玻璃珠”（Glass beads）膠合劑粘結磁心，效果更好。