开关电源EMC的重要性

EMC的重要性

早在上个世纪八十年代初，美国新泽西州一家医院产科病房区的婴儿死亡率相当高。深夜，监视婴儿的监视器上的警示灯总是无缘无故地熄灭。对此，护士们很恼火，于是她们将监视器关闭，来回逐一巡视。

经过一番初步调查后，教授查明了这件事情的真相，原来附近一电视台的发射机得到美国通信委员会的许可，在大约午夜后可将其输出功率提高得相当高，但必须在早上六点前，或其它指定的时间，恢复到原来的水平。护士站与每个婴儿的监视器间的连接电缆在这些干扰频率处发生谐振，感应的电压而使监视器警示灯熄灭。医院在发现这个问题之前，已有差不多六名小孩死亡。

再有一个例子：   有这样的一个客户投诉反应，当在机房内开启一台开关电源时，该公司的100M速度的局域网出现速度下降并停止的现象，而10M速度的网络却没有受影响。关掉电源，网络恢复正常。

后经实验发现，该开关电源的高频干扰信号藕合到网络线上，使网络出现故障。

EMC 发展的历史：EMC 其实是伴随着近代电子产业的飞速发展而诞生的。到上个世纪末，随着电子、电气设备的急剧增加。EMC 已经扩展到众多的领域，可以毫不夸张的说：哪里有电子产品，哪里就有EMC问题。西方国家对此的要求也越来越苛刻，EMC 已成为发展中国家电子产品进入西方市场的贸易壁垒之一。

对企业来讲，不同的EMC设计概念，会导致不同的成本和时间上的浪费。

EMC的内容

●基本概念：

★EMC(电磁兼容性)：Electromagnetic Compatibility

★EMI(电磁干扰):Electromagnetic Interference

★EMS(电磁抗扰性)：Electromagnetic　Susceptibility

★ESD（静电）：Electrostatic Discharges

★RS（辐射抗干扰）：Radiated Susceptibility

★EFT(电快速瞬变脉冲群)： Electronic fast transients

★SURGE(雷击浪涌)

★CS(传导抗干扰)：Conducted Susceptibility

●EMC =EMI +EMS

★EMI = Conduction（ Harmonic） +Radiation

★EMI 三要素：下为系统级的，请大家想想PCB级的。

开关电源 EMI 探讨

●EMI 产生的根源：

★第一、开关电源的最大缺点是因切换动作（TURN-ON或TURN OFF）产生杂讯电压为其杂讯源。因切换动作的波形为方波，而方波含有很多高次谐波。（ dv/dt）

★第二、由于开关电晶体的非线性及二极体的反向恢复特性，电流作快速的非线性变化引起杂讯。 （di/dt）

●EMI的传播方式和途径：

★EMI干扰信号按其特性可分为共模信号（COMMON MODE）和差模信号（DIFFERENTIAL MODE）。

★共模信号：干扰信号电流的在两条回路的导线上的电流方向相对大地是相同的信号，称为共模信号，见下左图；

★差模信号：干扰信号电流的在两条回路的导线上的电流方向相对大地是相反的信号，称为差模信号，见下右图。

●常用低通滤波结构的划分

●电源输入滤波器的设计：

★共模差模分开设计（以π型为例）

★滤波器共模部分设计

★滤波器差模部分设计

●滤波器的安装：

●共模电感的绕制

共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销，因此磁芯不会饱和。

●磁珠阻抗

注意：共模电感和磁珠 需要测量温升!!

拓扑EMI 分析举例

Flyback 架构EMI 分析

●Flyback架构的高频等效模型

●Noise 源：

大的di/dt和dv/dt 产生的地方，对Flyback架构来说，会产生这些变化的主要有：

★变压器TX1；

★MOSFET Q1 ；

★输出二极管D1；

★芯片的RC振荡；

★驱动信号线；

Q1 上 Vds 的波形

MOSFET 动作时产生的Noise ：如 上图所示，主要来自三个方面：

①Mosfet开通、关断时，具有很宽的频谱含量，开关频率的谐波本身就是较强的干扰源。

②关断时的振荡 1产生较强的干扰。

③关断时的振荡 2产生较强的干扰。

开关管 Q1关断，副边二极管D1导通时（带载），原边的励磁电感被钳制，原边漏感Lep的能量通过Q1的寄生电容Cds进行放电，主放电回路为Lep—Cds—Rs—C1—Lep，此时产生振荡振荡的频率为：

在Lep上的振荡电压Vlep迭加在2Vc1上，致使Vds=2Vc1+Vlep 。振荡的强弱，将决定我们选取的管子的耐压值、电路的稳定性。

量测Lep=6.1uH, Q1为2611查规格书可得Coss=190pF（Coss近似等于Cds）,而此充电板为两个管子并联，所以Cds=380pF 。由上式可求得f =3.3 MHz，和下图中的振荡频率吻合。

从图中可看出 此振荡是一衰减的振荡波，其初始的振荡峰值决定于振