開(kāi)關(guān)電源的EMC設計

摘要：文中針對開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設計，從濾波、屏蔽、PCB設計、接地等方面論述了EMC設計原則及注意事項，并給出了一個(gè)開(kāi)關(guān)電源設計實(shí)例和測試結果對比。只有在設計時(shí)充分考慮EMC設計，并從各方面采取措施，才能避免設計后再補救抗干擾的麻煩。
關(guān)鍵詞：開(kāi)關(guān)電源；電磁兼容(EMC)；印制電路板(PCB)；雷達

0 引言
現在，在電子產(chǎn)品的設計中，功耗己成為一個(gè)很重要的指標，開(kāi)關(guān)電源也因高效、小型等特性而被越來(lái)越得到廣泛的應用。因此用開(kāi)關(guān)電源取代線(xiàn)性電源己經(jīng)成為必然。但是開(kāi)關(guān)電源的功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，開(kāi)關(guān)頻率一般在數十千赫到數百千赫，開(kāi)關(guān)電源是一個(gè)很強的寬帶電磁發(fā)射源，功率越大發(fā)射越嚴重，這種趨勢導致了開(kāi)關(guān)電源電磁兼容問(wèn)題更加嚴重。電磁兼容(簡(jiǎn)稱(chēng)EMC)是指“設備在共同的電磁環(huán)境中能一起執行各自功能的共存狀態(tài)，即該設備不會(huì )由于受到處于同一電磁環(huán)境中的其他設備的電磁發(fā)射導致或遭受不允許的降級，它也不會(huì )使同一電磁環(huán)境中其它設備因受其電磁發(fā)射而導致或遭受不允許的降級”。
開(kāi)關(guān)電源的EMC設計應從電路選擇、元器件的選擇、濾波、屏蔽、搭接、互連、接地、布局、濾波器、高頻變壓器及印刷電路板(PCB)等方面綜合考慮。本文主要從濾波、屏蔽、PCB的設計、接地等方面提出開(kāi)關(guān)電源EMC的設計原則及注意事項，并以某雷達24V開(kāi)關(guān)電源的設計為例說(shuō)明設計中需要注意的問(wèn)題。

1 開(kāi)關(guān)電源EMC設計
1．1 濾波
濾波器是由電感、電容、電阻器或鐵氧體器件構成的頻率選擇性二端口網(wǎng)絡(luò )。在電源輸入輸出線(xiàn)上設置合適的線(xiàn)路濾波器可以有效抑制傳導發(fā)射和改善傳導敏感度。通常采用的有反射式和吸收式濾波器。反射式濾波器由電感、電容組成，在濾波器阻帶內提供高的串聯(lián)阻抗和低的并聯(lián)阻抗，使它與噪聲源的阻抗和負載的阻抗完全不匹配，從而把不需要的頻率反射回噪聲源。吸收式濾波器則由有耗能器件構成，在阻帶內吸收噪聲的能量轉換為熱損耗，從而起到濾波作用。
選擇和安裝濾波器時(shí)，應遵循以下原則：
(1)濾波器必須良好屏蔽，屏蔽體與電源良好搭接。
(2)輸入濾波器應裝在輸入口處，輸出濾波器應裝在輸出口處，并遠離內部電磁發(fā)射很強的變壓器、電感器、功率開(kāi)關(guān)等。若條件允許的話(huà)盡可能作為一個(gè)獨立部件與電源合理連接。
(3)濾波器的輸入、輸出線(xiàn)不能交叉，應采用屏蔽線(xiàn)或相互間設置屏蔽層。
(4)濾波器內部的元件，自身要進(jìn)行良好的電磁屏蔽和接地處理，以免流過(guò)濾波器接地導線(xiàn)的短路電流造成有害電磁輻射。
(5)濾波電感的鐵芯最好采用罐型或環(huán)型，若用其他形狀可加短路環(huán)或磁屏蔽。線(xiàn)圈采用單層或分段式繞法，小電流時(shí)可采用蜂房繞制的多層線(xiàn)圈。共扼電感不能采取雙線(xiàn)并繞，應是對稱(chēng)的2個(gè)獨立線(xiàn)圈。濾波電容應選高頻特性好的電容器。
(6)必要時(shí)可采用有源低通濾波器。它具有功率大、有效抑制帶寬大、體積小的特點(diǎn)。
1．2 屏蔽
屏蔽技術(shù)可以抑制電磁噪聲沿著(zhù)空間的傳播，即切斷輻射電磁噪聲的傳播途徑，是減小電磁輻射及感應的有效措施，它分電屏蔽、磁屏蔽和電磁屏蔽三種。屏蔽就是對兩個(gè)空間區域進(jìn)行金屬的隔離，以控制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁場(chǎng)從一個(gè)區域到另一個(gè)區域的感應和輻射。
因此，選擇屏蔽材料時(shí)，應遵循以下原則：
(1)當干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí)，利用低電阻率的金屬材料中產(chǎn)生的渦流，形成對外來(lái)電磁場(chǎng)的抵消作用，從而達到屏蔽的效果。
(2)當干擾電磁場(chǎng)的頻率較低時(shí)，要采用高導磁率的材料，從而使磁力線(xiàn)限制在屏蔽體內，防止擴散到屏蔽的空間去。
(3)在某些場(chǎng)合下，如果要求對高頻和低頻電磁場(chǎng)都具有良好的屏蔽效果，往往需要采用不同的金屬材料組成多層屏蔽體。
(4)屏蔽體良好接地，接地電阻一般小于2mΩ，嚴格場(chǎng)合要求小于0．5mΩ。屏蔽體的接地點(diǎn)應靠近被屏蔽的低電平接地點(diǎn)。屏蔽體采用盒形，盡量無(wú)孔、無(wú)縫隙。
(5)電源輸入輸出采用屏蔽插頭座。輸入、輸出線(xiàn)采用雙絞線(xiàn)，必要時(shí)再加屏蔽。
(6)充分注意泄漏對屏蔽效能的影響。泄漏的通道有接縫、門(mén)、蓋板、通風(fēng)孔、孔洞、非均勻表面等。
(7)開(kāi)關(guān)電源既要考慮電磁屏蔽又要考慮散熱。散熱不好將嚴重影響可靠性，據有關(guān)可靠性資料介紹，內部溫升每增加10℃，MTBF值約減小一半。因此屏蔽與散熱必須綜合考慮。