工程師教你開(kāi)關(guān)電源電磁兼容設計全過(guò)程（圖）

電磁兼容性問(wèn)題，也是關(guān)于開(kāi)關(guān)電源電磁兼容的電磁騷擾EMD與電磁敏感度EMS設計問(wèn)題。由于國家開(kāi)始對部分電子產(chǎn)品強制實(shí)行3C認證，因此一個(gè)電子設備能否滿(mǎn)足電磁兼容標準，將關(guān)系到這一產(chǎn)品能否在市場(chǎng)上銷(xiāo)售，所以進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性研究顯得非常重要。電磁兼容學(xué)是一門(mén)綜合性學(xué)科，它涉及的理論包括數學(xué)、電磁場(chǎng)理論、天線(xiàn)與電波傳播、電路理論、信號分析、通訊理論、材料科學(xué)、生物醫學(xué)等。

進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設計時(shí)，首先進(jìn)行一個(gè)系統設計，明確以下幾點(diǎn)：

1. 明確系統要滿(mǎn)足的電磁兼容標準;

2. 確定系統內的關(guān)鍵電路部分，包括強干擾源電路、高度敏感電路;

3. 明確電源設備工作環(huán)境中的電磁干擾源及敏感設備;

4. 確定對電源設備所要采取的電磁兼容性措施。

一、DC/DC變換器內部噪聲干擾源分析

1.二極管的反向恢復引起噪聲干擾

在開(kāi)關(guān)電源中常使用工頻整流二極管、高頻整流二極管、續流二極管等，由于這些二極管都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，如圖所示，在二極管由阻斷狀態(tài)到導通工作過(guò)程中，將產(chǎn)生一個(gè)很高的電壓尖峰VFP;在二極管由導通狀態(tài)到阻斷工作過(guò)程中，存在一個(gè)反向恢復時(shí)間trr，在反向恢復過(guò)程中，由于二極管封裝電感及引線(xiàn)電感的存在，將產(chǎn)生一個(gè)反向電壓尖峰VRP，由于少子的存儲與復合效應，會(huì )產(chǎn)生瞬變的反向恢復電流IRP，這種快速的電流、電壓突變是電磁干擾產(chǎn)生的根源。

電流電壓波形圖

二極管反向恢復時(shí)電流電壓波形 二極管正向導通電流電壓波形2.開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生電磁干擾

在正激式、推挽式、橋式變換器中，流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流波形在阻性負載時(shí)近似矩形波，含有豐富的高頻成分，這些高頻諧波會(huì )產(chǎn)生很強的電磁干擾，在反激變換器中，流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流波形在阻性負載時(shí)近似三角波，高次諧波成分相對較少。開(kāi)關(guān)管在開(kāi)通時(shí)，由于開(kāi)關(guān)時(shí)間很短以及逆變回路中引線(xiàn)電感的存在，將產(chǎn)生很大的dV/dt突變和很高的尖峰電壓，在開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷時(shí)，由于關(guān)斷時(shí)間很短，將產(chǎn)生很大的di/dt突變和很高的電流尖峰，這些電流、電壓突變將產(chǎn)生很強的電磁干擾。

3.電感、變壓器等磁性元件引起的電磁干擾

在開(kāi)關(guān)電源中存在輸入濾波電感、功率變壓器、隔離變壓器、輸出濾波電感等磁性元件，隔離變壓器初次級之間存在寄生電容，高頻干擾信號通過(guò)寄生電容耦合到次邊;功率變壓器由于繞制工藝等原因，原次邊耦合不理想而存在漏感，漏電感將產(chǎn)生電磁輻射干擾，另外功率變壓器線(xiàn)圈繞組流過(guò)高頻脈沖電流，在周?chē)纬筛哳l電磁場(chǎng);電感線(xiàn)圈中流過(guò)脈動(dòng)電流會(huì )產(chǎn)生電磁場(chǎng)輻射，而且在負載突切

4.控制電路中周期性的高頻脈沖信號如振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號等將產(chǎn)生高頻高次諧波，對周?chē)娐樊a(chǎn)生電磁干擾。

5.此外電路中還會(huì )有地環(huán)路干擾、公共阻抗耦合干擾，以及控制電源噪聲干擾等。

6.開(kāi)關(guān)電源中的布線(xiàn)設計非常重要，不合理布線(xiàn)將使電磁干擾通過(guò)線(xiàn)線(xiàn)之間的耦合電容和分布互感串擾或輻射到鄰近導線(xiàn)上，從而影響其它電路的正常工作。

7.熱輻射產(chǎn)生的電磁干擾，熱輻射是以電磁波的形式進(jìn)行熱交換，這種電磁干擾影響其它電子元器件或電路的正常穩定工作。

二、外界的電磁干擾

對于某一電子設備，外界對其產(chǎn)生影響的電磁干擾包括：電網(wǎng)中的諧波干擾、雷電、太陽(yáng)噪聲、靜電放電，以及周?chē)母哳l發(fā)射設備引起的干擾。

三、電磁干擾的后果

電磁干擾將造成傳輸信號畸變，影響設備的正常工作。對于雷電、靜電放電等高能量的電磁干擾，嚴重時(shí)會(huì )損壞設備。而對于某些設備，電磁輻射會(huì )引起重要信息的泄漏。

四、開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容設計