EMC設計中的開關電源電磁幹擾如何解決

     在開關電源的EMC設計中，工程師需要解決的電磁幹擾問題來自多個方麵，電源的主電路係統、變壓器、分布電容等都是引起電磁幹擾的“幕後主導”。那麼，在開關電源的電路設計過程中應該怎麼做才能使其符合EMC審核標準呢？要解決開關電源的電磁幹擾問題，可從以下幾個方麵入手。

 

     減少開關電源本身的幹擾

 

     工程師可以通過一些技術手段的合理選擇和使用，來減少開關電源本身所產生的電磁幹擾。目前比較常用的有軟開關技術、開關頻率調製技術、共模幹擾的有源抑製技術等等。首先來看軟開關技術，在原有的硬開關電路中增加電感和電容元件，利用電感和電容的諧振，降低開關過程中的du/dt和di/dt，使開關器件開通時電壓的下降先於電流的上升，或關斷時電流的下降先於電壓的上升，來消除電壓和電流的重疊。

 

     開關頻率調製技術也同樣是工程師在EMC設計過程中常常用到的一項先進技術，這一技術的合理利用能夠有效降低開關電源的噪聲頻譜峰值。使用該技術能夠通過調製開關頻率fc，把集中在fc及其諧波2re、3fc⋯上的能量分散到它們周圍的頻帶上，以降低各個頻點上的EMI幅值。該方法不能降低幹擾總量，但能量被分散到頻點的基帶上，從而使各個頻點都不超過EMI規定的限值。為了達到降低噪聲頻譜峰值的目的，通常有兩種處理方法，即隨機頻率法和調製頻率法。

 

     接下來我們再來看一下第三種常用到的EMC優化技術，共模幹擾的有源抑製技術。這一技術的應用原理是設法從主回路中取出一個與導致電磁幹擾的主要開關電壓波形完全反相的補償EMI噪聲電壓，並用它去平衡原開關電壓。

 

     EMI濾波器是另外一種比較常見的降噪元件，在很多大型開關電源中都能見到它的身影。在實際使用過程中，EMI濾波器的主要目的之一就是要在150kHz～30MHz的頻段範圍獲得較高的插入損耗，但對頻率為50Hz工頻信號不產生衰減，使額定電壓、電流順利通過，同時還必須滿足一定的尺寸要求。任何電源線上的傳導幹擾信號，均可用差模和共模信號來表示。而電源線幹擾可以使用電源線濾波器濾除。一個合理有效的開關電源EMI濾波器應該對電源線上差模和共模幹擾都有較強的抑製作用。

 

     PCB優化設計

 

     除了上麵提到的幾種技術手段之外，想要讓自己所設計的開關電源產品符合EMC標準，工程師還必須在PCB的抗幹擾設計和元件布局上下功夫。PCB抗幹擾設計主要包括PCB布局、布線及接地，其目的是減小PCB的電磁輻射和PCB上電路之間的串擾。開關電源布局的最佳方法與其電氣設計類似。在確定PCB的尺寸形狀後，再確定特殊元器件（如各種發生器、晶振等）的位置。最後，根據電路的功能單元，對電路的全部元器件進行布局。

 

    增強敏感電路的抗幹擾能力

 

    想要讓自己所設計的開關電源產品符合EMC通用標準，增強產品內部敏感電路的抗幹擾能力也是必不可少的，這一部分主要包括電磁屏蔽和接地兩種方式。