開(kāi)關(guān)電源電磁兼容設計經(jīng)驗談

　　由于變壓器是一個(gè)發(fā)熱元件，較差的散熱條件必然導致變壓器溫度升高，從而形成熱輻射，熱輻射是以電磁波形式對外傳播，因此變壓器必須有很好的散熱條件。

通常將高頻變壓器封裝在一個(gè)鋁殼盒內，鋁盒還可安裝在鋁散熱器上，并灌注電子硅膠，這樣變壓器即可形成較好的電磁屏蔽，還可保證有較好的散熱效果，減小電磁輻射。

高頻變壓器的電磁兼容設計

　 5. 輸出整流電路電磁兼容設計

　　如圖所示為輸出半波整流電路，V6為整流二極管，V7為續流二極管，由于V6、V7工作于高頻開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因此輸出整流電路的電磁干擾源主要是V6和V7，R5、C12和R6、C13分別連接成V6、V7的吸收電路，用于吸收其開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的電壓尖峰，并以熱的形式在R5、R6上消耗。

　　減少整流二極管的數量就可減小電磁干擾的能量，因此同等條件下，采用半波整流電路比采用全波整流和全橋整流產(chǎn)生的電磁干擾要小。

　　為減小二極管的電磁干擾，必須選用具有軟恢復特性的、反向恢復電流小、反向恢復時(shí)間短的二極管器件。從理論上講，肖特基勢壘二極管（SBD）是多數載流子導流，不存在少子的存儲與復合效應，因而也就不會(huì )有反向電壓尖峰干擾，但實(shí)際上對于較高反向工作電壓的肖特基二極管，隨著(zhù)電子勢壘厚度的增加，反向恢復電流會(huì )增大，也會(huì )產(chǎn)生電磁噪聲。因此在輸出電壓較低的情況下選用肖特基二極管作直流二極管產(chǎn)生的電磁干擾會(huì )比選用其它二極管器件要小。

輸出整流電路電磁兼容設計

6. 輸出直流濾波電路的電磁兼容設計

　　輸出直流濾波電路主要用于切斷電磁傳導干擾沿導線(xiàn)向輸出負載端傳播，減小電磁干擾在導線(xiàn)周?chē)碾姶泡椛洹?

　　如圖所示，L2、C17、C18組成的LC濾波電路，能減小輸出電流、電壓紋波的大小，從而減小通過(guò)輻射傳播的電磁干擾，濾波電容C17、C18盡量采用多個(gè)電容并聯(lián)，減小等效串聯(lián)電阻，從而減小紋波電壓，輸出電感L2值盡量大，減小輸出紋波電流的大小，另外電感L2最好使用不開(kāi)氣隙的閉環(huán)磁芯，最好不是飽和電感。在設計時(shí)，我們要記住，導線(xiàn)上有電流、電壓的變化，在導線(xiàn)周?chē)陀凶兓碾姶艌?chǎng)，電磁場(chǎng)就會(huì )沿空間傳播形成電磁輻射。

　　C19用于濾除導線(xiàn)上的共模干擾，盡量選用低感電容，且接線(xiàn)要短，C20、C21、C22、C23用于濾除輸出線(xiàn)上的差模干擾，宜選用低感的三端電容，且接地線(xiàn)要短，接地可靠。

　　Z3為直流EMI濾波器，根據情況使用或不使用，是采用單級還是多級濾波器，但要求Z3直接安裝在金屬機箱上，最好濾波器輸入、輸出線(xiàn)能屏蔽隔離。

輸出整流電路電磁兼容設計

　 7. 接觸器、繼電器等其它開(kāi)關(guān)器件電磁兼容設計

　　繼電器、接觸器、風(fēng)機等在掉電后，其線(xiàn)圈將產(chǎn)生較大的電壓尖峰，從而產(chǎn)生電磁干擾，為此在直流線(xiàn)圈兩端反并聯(lián)一個(gè)二極管或RC吸收電路，在交流線(xiàn)圈兩端并聯(lián)一個(gè)壓敏電阻用于吸收線(xiàn)圈掉電后產(chǎn)生的電壓尖峰。同時(shí)要注意如果接觸器線(xiàn)圈電源與輔助電源的輸入電源為同一個(gè)電源，之間最好通過(guò)一

　　8. 開(kāi)關(guān)電源箱體結構的電磁兼容設計

　　材料選擇：沒(méi)有“磁絕緣”材料，電磁屏蔽是利用“磁短路”的原理，來(lái)切斷電磁干擾在設備內部與外界空氣中的傳播路徑。在進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源的箱體結構設計時(shí)，要充分考慮對電磁干擾的屏蔽效能，對于屏蔽材料的選擇原則是，當干擾電磁場(chǎng)的頻率較高時(shí)，選用高電導率的金屬材料，屏蔽效果較好；當干擾電磁波的頻率較低時(shí)，要采用高導磁率的金屬材料，屏蔽效果較好；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時(shí)，往往采用高電導率和高導磁率的金屬材料組成多層屏蔽體。

　孔洞、縫隙、搭接處理方法：采用電磁屏蔽方法無(wú)需重新設計電路，便可達到很好的電磁兼容效果。理想的電磁屏蔽體是一個(gè)無(wú)縫隙、無(wú)孔洞、無(wú)透入的導電連續體，低阻抗的金屬密封體，但是一個(gè)完全密封的屏蔽體是沒(méi)有實(shí)用價(jià)值的，因為在開(kāi)關(guān)電源設備中，有輸入、輸出線(xiàn)過(guò)孔、散熱通風(fēng)孔等孔洞，以及箱體結構部件之間的搭接縫隙，如果不采取措施將會(huì )產(chǎn)生電磁泄漏，使箱體的屏蔽效能降低、甚至完全喪失。因此在開(kāi)關(guān)電源箱體設計時(shí)，金屬板之間的搭接最好采用焊接，無(wú)法焊接時(shí)要使用電磁密封墊或其它的屏蔽材料，箱體上的開(kāi)孔要小于要屏蔽的電磁波的波長(cháng)的1/2，否則屏蔽效果將大大降低；對于通風(fēng)孔，在屏蔽要求不高時(shí)可以使用穿孔金屬板或金屬化絲網(wǎng)，在要求既要屏蔽效能高，又要通風(fēng)效果好時(shí)選用截至波導管等方法，提高屏蔽體的屏蔽效能。如果箱體的屏蔽效能仍無(wú)法滿(mǎn)足要求時(shí)，可以在箱體上噴涂屏蔽漆。除了對開(kāi)關(guān)電源整個(gè)箱體的屏蔽之外，還可以對電源設備內部的元件、部件等干擾源或敏感設備進(jìn)行局部屏蔽。

　　在進(jìn)行箱體結構設計時(shí)，針對設備上所有會(huì )受到靜電放電試驗的部分，設計出一條低阻抗的電流泄放路徑，箱體必須有可靠的接地措施，并且要保證接地線(xiàn)的載流能力，同時(shí)將敏感電路或元件遠離這些泄放回路，或對其采用電場(chǎng)屏蔽措施。對于結構件的表面處理，一般主要電鍍銀、鋅、鎳、鉻、錫，這需要從導電性能、電化學(xué)反應、成本及電磁兼容性等多方面考慮后做出選擇。

　　9. 元器件布局與布線(xiàn)中的電磁兼容設計：

　　對于開(kāi)關(guān)電源設備內部元器件的布局必須整體考慮電磁兼容性的要求，設備內部的干擾源會(huì )通過(guò)輻射和串擾等途徑影響其它元件或部件的工作，研究表明，在離干擾源一定距離時(shí)，干擾源的能量將大大衰減，因此合理的布局有利于減小電磁干擾的影響。

　　EMI輸入輸出濾波器最好安裝在金屬機箱的入口處，并保證其輸入線(xiàn)與輸出線(xiàn)電磁環(huán)境的屏蔽隔離。

　　敏感電路或元件要遠離發(fā)熱源。

　　對于開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)品，我們一般須遵守以下布線(xiàn)原則：

　　9.1 主電路輸入線(xiàn)與輸出線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)。

　　9.2 EMI濾波器輸入線(xiàn)與輸出線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)。

　　9.3 主電路線(xiàn)與控制信號線(xiàn)分開(kāi)走線(xiàn)。

　　9.4 高壓脈沖信號線(xiàn)最好分開(kāi)單獨走線(xiàn)。

　　9.5 分開(kāi)布線(xiàn)的原則是避免平行走線(xiàn)，可以垂直交叉，線(xiàn)束之間距離在20mm以上。

　　9.6 電纜不要貼著(zhù)金屬外殼和散熱器走線(xiàn)，保證一定距離。

　　9.7 雙絞線(xiàn)、同軸電纜及帶狀電纜在EMC設計中的使用

雙絞線(xiàn)的使用

　 雙絞線(xiàn)、同軸電纜都能有效的抑制電磁干擾。在脈沖信號傳輸線(xiàn)路中常使用雙絞線(xiàn)，控制輔助電源線(xiàn)和傳感器信號線(xiàn)最好用雙絞屏蔽線(xiàn)。因為雙絞線(xiàn)兩根線(xiàn)之間有很小的回路面積，而且雙絞線(xiàn)的每?jì)蓚€(gè)相鄰的回路上感應出的電流具有大小相等、方向相反，產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵消，這樣就可以減小因輻射引起的差模干擾，不過(guò)雙絞線(xiàn)絞合的圈數最好為偶數，且每單位波長(cháng)所絞合的圈數愈多，消除耦合的效果愈好。使用時(shí)注意雙絞線(xiàn)和同軸電纜兩端不能同時(shí)接地，只能單端接地，而對屏蔽線(xiàn)，屏蔽層兩端接地能既能屏蔽電場(chǎng)還能屏蔽磁場(chǎng)，單端接地只能屏蔽電場(chǎng)。使用同軸電纜時(shí)還要注意，其屏蔽層必須完全包覆信號線(xiàn)接地，即接頭與電纜屏蔽層必須3600搭接，才能有效屏蔽電磁場(chǎng)，如圖所示，信號線(xiàn)裸露部分仍可以與外界形成互容耦合，降低屏蔽效能。 個(gè)EMI濾波器。繼電器觸頭動(dòng)作時(shí)也將產(chǎn)生電磁干擾，因此要在觸頭兩端增加RC吸收回路。

　　帶狀電纜適合于短距離的信號傳輸，我們知道為了降低差模信號的電磁輻射，必須減小信號線(xiàn)和信號回流線(xiàn)所形成的回路面積，因此在設計帶狀電纜布局時(shí)，最好將信號線(xiàn)與接地線(xiàn)間隔排列。如圖所示，其中S為信號線(xiàn)，G為信號地線(xiàn)。

信號線(xiàn)與接地線(xiàn)間隔排列

　 10．元器件的選擇

　　熱傳播的方式有傳導、對流和輻射，熱輻射是以電磁波的形式向空中傳播的，熱傳導也會(huì )向周?chē)渌鲗崃?，這些