关于开关电源EMI的实用经验

显示全部楼层 · 2022-7-22 08:41:44

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开关电源，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式及全闭模式之间切换，这两个模式都有低耗散的特点，切换之间的转换会有较高的耗散，但时间很短，所以开关电源比较节省能源，产生废热较少。开关电源的高转换效率是其一大优点，而开关电源工作频率高，也可以使用小尺寸、轻重量的变压器，开关电源重量也会比较轻。开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明等领域。

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电源线
而EMI干扰作为开关电源中难以避免又需要处理的一个问题，很多人都是绕不开它的。今天就来聊聊EMI的一些多年经验。

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EMI干扰小的开关电源
1、开关电源的EMI干扰源

开关电源的干扰源主要体现在电源开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网抖动、雷击、外部辐射等，

（1）功率开关管：电源开关处于开关快速循环转换状态，DV/dt和di/dt变化迅速。因此，电源开关既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。

（2）高频变压器：高频变压器的电磁干扰源主要体现在漏感对应的di/DT快周期变换中，因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。

（3）整流二极管：整流二极管的电磁干扰源主要体现在反向恢复特性上。反向恢复电流的断续点会在电感器（引线电感、杂散电感等）中产生较高的DV/dt，从而产生强烈的电磁干扰。

（4）PCB：确切地说，PCB是干扰源的耦合通道，PCB的优劣直接关系到EMI源抑制的好坏。

2、9个抑制开关电源电磁干扰的措施

在开关电源中，产生电磁干扰的主要原因是电压和电流的突变，即DV/dt和di/dt过高。开关电源的电磁兼容设计技术措施主要基于以下两点：

（1）尽量减少电源本身产生的干扰源，采用干扰抑制方法或干扰较小的元器件和电路，并合理布局

（2）通过接地、滤波、屏蔽等技术，抑制了电源的电磁干扰，改善了电源EMS。分开来说，这九项措施是：（1）降低DV/dt和di/dt（降低峰值，减缓斜率）（2）合理使用变阻器降低浪涌电压（3）阻尼网络抑制过冲（4）采用软恢复二极管降低高频段的电磁干扰（5）有源功率因数校正等谐波校正技术（6）电力线滤波器设计合理（7）合理接地处理（8）有效屏蔽措施（9）PCB设计合理

3、开关电源EMI传输通道分类

（一）、传导干扰的传输通道

（1）电容耦合（2）感应耦合（3）电阻耦合

a.公共电源内阻引起的电阻传导耦合b.公共地线阻抗引起的电阻传导耦合c。共线阻抗引起的电阻-传导耦合

（二）、辐射干扰的传输通道

（1）在开关电源中，可以构成辐射干扰源的元件和导线可以假设为天线，可以用电偶极子和磁偶极子理论进行分析；二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子，电感线圈可以假设为磁偶极子；

（2）当没有屏蔽时，电偶极子和磁偶极子产生的电磁波的传输通道是空气（可以假设为自由空间）；

（3）当有屏蔽层时，根据漏磁场的数学模型，考虑屏蔽层的缝隙和孔洞。

4、高频变压器漏感的控制

高频变压器的漏感是造成电源关断峰值电压的重要原因之一。因此，控制漏感成为解决高频变压器电磁干扰的首要问题。降低高频变压器漏感：电气设计，工艺设计！（1）选择合适的磁芯以降低漏感。漏感与原边匝数的平方成正比，减少匝数将显著降低漏感。（2）降低绕组之间的绝缘。现在有一层叫做“金膜”的绝缘层，厚度为20-100um，脉冲击穿电压为几千伏。（3）绕组间耦合增大，漏感减小。

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上面就是今天分享的，关于开关电源EMI的实用经验。大家应该都有一定的深入了解。但开关电源的领域是很大的，而大家如果在使用开关电源遇到其他问题，或者想了解其他电气产品的资料和技巧，后续也会分享更多的内容的。