开关电源电磁兼容EMC设计.pdf

开关电源的电磁兼容(EMC)设计是一个复杂的过程，它涉及确保设备在正常工作的同时，不会对其他设备造成不良的电磁干扰，同时也能够抵抗外界的电磁干扰。开关电源因其体积小、功率因数大等优点，在许多领域得到了广泛应用。然而，开关电源工作时产生的电磁干扰限制了其进一步的应用，因此需要采取一系列EMC设计方法来解决这一问题。 开关电源主要由开关电路、整流电路、滤波电路等部分组成。在开关电路中，开关管及其散热片与外壳和电源内部引线间存在分布电容，产生的高du/dt脉冲具有较宽的频带和丰富的谐波，这些均会成为干扰源。开关管作为感性负载，在关断时，高频变压器的漏感会产生反电势，形成关断电压尖峰，导致传导干扰。此外，整流电路中的整流二极管在截止时会产生反向恢复电流，该电流在变压器漏感等分布参数的影响下产生大的电流变化，产生高频干扰，频率高达几十兆赫兹。 在高频工作环境下，低频元器件特性会发生变化，产生噪声，杂散参数对耦合通道特性影响大，分布电容成为了电磁干扰的通道。外部干扰源，如电源干扰和雷电干扰，其中电源干扰以共模和差模方式存在。由于交流电网直接连到整流桥和滤波电路上，在输入电流存在的半个周期内，输入功率因数低且含有大量电流谐波，对电网造成谐波“污染”。 EMC设计的目的在于破坏电磁干扰的三个必要条件：干扰源、传输介质、敏感设备。其主要采取的方法包括电路措施、EMI滤波、屏蔽和印制电路板抗干扰设计。电路措施如软开关技术的应用，该技术通过在原电路中增加小电感、电容等谐振元件，在开关过程前后引入谐振，消除电压和电流重叠，减少电磁干扰。EMI滤波器的加入是抑制传导发射的有效方法，其参数包括放电电阻、插入损耗、Cx电容、Cy电容和电感值，其中插入损耗是关键参数。屏蔽措施包括使用导电材料对电场进行屏蔽和使用高导磁率材料对磁场进行屏蔽。高频特性好的恒μ磁芯可以防止扼流圈在大磁场强度下饱和。 除此之外，还有一些额外的电路设计细节值得注意，例如缓冲电路的引入可以消除电力线干扰和电快速瞬变等问题。缓冲电路器件参数的设置对于其性能至关重要，例如图3中的D1、R1、C、L和R等参数的选择。 开关电源干扰频谱主要集中在30MHz以下的频段，属于近场性质的电磁场，因此，采用导电良好的材料可屏蔽电场，而使用导磁率高的材料则可屏蔽磁场。对于变压器、电感器和功率器件等，需采取有效的屏蔽措施。屏蔽外壳上的通风孔以圆形为佳，且在满足通风需求的前提下，孔的数量可以多一些，但要注意每个孔的尺寸。 总而言之，开关电源的EMC设计是一项涉及多方面技术的工程，设计者需要综合考虑电路设计、滤波、屏蔽、材料选择等多种因素，从源头上减少电磁干扰，确保开关电源的稳定和可靠运行。通过本文的分析和建议，我们可以更深入地理解开关电源在设计时需考虑的关键因素，并在实践中应用这些知识，从而提高电源的整体电磁兼容性能。