开关电源的EMC及安全规范设计

般开关管的外壳是集电极，在集电极和散热片之间垫上一层夹心绝缘物，即绝缘物中间夹一层铜箔，作为静电屏蔽层，接在输入直流0V地上，散热片仍接在机壳地上，这样将大大减少集电极与散热片之间的耦合电容Ci，也就减少了它们之间的电场耦合。

　　（2）减少脉冲变压器的分布电容Cd。在一次侧和二次侧间加静电屏蔽层，屏蔽层应尽量靠近发射极并接地，这样将耦合电容Cd也分成Cd1和Cd2的串联形式。

　　减少了一、二次侧的电场的耦合干扰。二是针对开关电源通过电源线向外传输噪声的特点采取措施，即采用滤波技术破坏干扰。采用的滤波技术有：

　　（一）交流侧滤波。开关电源的交流电源线输入端插入共模和差模滤波器，防止开关电源的共模和差模噪声传递到电源线中，影响电网中其它用电设备，同时也抑制来自电网的噪声。交流侧滤波器，其中LD、CD用于抑制差模噪声，一般LD取100～700μH，CD取1～10μF，对抑制10～150kHz的噪声比较有效。LC、CC抑制共模噪声，一般LC取1～3mH，CC取2000～6800pF，对抑制150kHz以上的共模噪声有效。对于具体的开关电路要对其上述元件的参数进行调试确定。

　　（二）直流侧滤波。在开关电源的直流输出侧插入电源滤波器，它由共模扼流圈L1、L2，扼流圈L3和电容C1、C2组成。为了防止磁芯在较大的磁场强度下饱和而使扼流圈失去作用，扼流圈的磁芯必须采用高频特性好且饱和磁场强度大的恒μ磁芯。

　　屏蔽

　　抑制辐射噪声的有效方法是屏蔽。用导电良好的材料对电场屏蔽，用导磁率高的材料对磁场屏蔽。为了防止脉冲变压器的磁场泄露，可利用闭合磁环形成磁屏蔽，对整个开关电源要进行屏蔽。在屏蔽时应考虑散热和通风问题，屏蔽盒上的通风孔最好为圆形，接缝处最好焊接，以保证电磁的连续性。

　　开关电源的电磁兼容性设计考虑的因素还很多，如印制板的制作、元器件的布局以及各种电源线、信号线的捆扎、配置等，有许多工作要做。全面抑制开关电源的各种噪声会大大提高开关电源的电磁兼容性，使开关电源得到更广泛的应用。

　　EMI滤波器的设计原理

　　在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的dv/dt和di/dt，因而电磁发射EME（Electromagnetic Emission）通常是宽带的噪声信号，其频率范围从开关工作频率到几MHz。所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率范围在0.15～30MHz。设计EMI滤波器，就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。基于上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。

　　常用电源滤波类型

　　通常有四种技术可进行电源滤波，以便抑制干扰噪声。在实际使用中，经常是混合使用其中的两种，甚至多种技术。它们是：

　　正负极电源线之间添加电容，即X电容；

　　每根电源线和地线之间添加电容，即Y电容；

　　共模抑制（两根电源线上的抑制线圈同向绕线）；

　　差模抑制（每根电源线有它自己的抑制线圈）。

　　电磁干扰滤波器的基本电路

　　电源噪声是电磁干扰的一种，其传导噪声的频谱大致为10kHz～30MHz，最高可达150MHz。根据传播方向的不同，电源噪声可分为两大类：一类是从电源进线引入的外界干扰，另一类是由电子设备产生并经电源线传导出去的噪声。这表明噪声属于双向干扰信号，电子设备既是噪声干扰的对象，又是一个噪声源。若从形成特点看，噪声干扰分串模干扰与共模干扰两种。串模干扰是两条电源线之间（简称线对线）的噪声。共模干扰则是两条电源线对大地（简称线对地）的噪声。因此，电磁干扰滤波器应符合电磁兼容性（EMC）的要求，也必须是双向射频滤波器，一方面要滤除从交流电源线上引入的外部电磁干扰，另一方面还能避免本身设备向外部发出噪声干扰，以免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作。此外，电磁干扰滤波器就对串模、共模干扰都起到抑制作用。

　　电感量范围与额定电流的关系

　　基本电路及其典型应用

电磁干扰滤波器的基本电路如图1所示。该五端器件有两个输入端、两个输出端和一个接地端，使用时外壳应接通大地。电路中包括共模扼流圈（亦称共模电感）L、滤波电容C1～C4。L对串模干扰不起作用，但当出现共模干扰时，由于两个线圈的磁通方向相同，经过耦合后总电感量迅速增大，因此对共模信号呈现很大的感抗，使之不易通过，故称作共模扼流圈。它的两个线圈分别绕在低损耗、高导磁率的铁氧体磁环上，当有电流通过时，两个线圈上的磁场就会互相加强。L的电感量与EMI滤波器的额定电流I有关，参见表1。需要指出