一种新型功率变换器的电磁干扰分析及抑制

5、各种元器件及回路的寄生分布参数引起的噪声：
如图3中所示，在EMI的频率范围内，常用的无源器件都不能再被认为是理想的，它们的寄生参数严重影响着它们的高频特性。特别是变压器的许多寄生参数，例如：漏感，原付边之间的分布电容等，都必须加以考虑。图4中，一是Co的作用。散热片k与开关管Q的集电极间虽然有绝缘垫片，但由于其接触面较大，绝缘垫较薄，因此两者之间的分布电容Co在高频时不能忽略。因此高频电流会通过Co流到散热片上，再流到机壳地，最终流到与机壳地相连的交流电源的保护地线de中，以产生共模辐射。二是C12的作用。脉冲变压器的初、次级之间存在的分布电容C12，可能会将原边高频电压直接耦合到副边上去，在副边用作直流输出的两条电源线上产生同相位的共模噪声。

图3：变压器高频电路中的寄生电容情况 图4：开关电路寄生电容

6、其他影响开关电源EMC性能的因素：
除以上元器件及回路外，电网状况、负载形式以及电源所在环境的EMI强度也是影响开关电源EMC性能的重要因素。以负载为例，负载加大，开关管Q关断产生的|dv/dt|值加大，而负载变化对开通的|dv/dt|影响不大。由于开通和关断时产生的|dv/dt|不同，从而对外部产生的骚扰脉冲也是不同的。另外PCB的布线及元器件的布局都是相当关键的因素。实践证明，印制板的元器件布置和布线设计对开关电源EMC性能有极大的影响，在高频开关电源中，由于印制板上既有低电平小信号控制线，又有高压电源母线，同时还有一些高频功率开关、磁性元件，如何在印制板有限的空间内合理地安排元器件位置，将直接影响到电路中各元器件自身的抗干扰性和电路工作的可靠性。
7、开关电源的敏感电路：
电磁敏感度（EMS）是指在存在电磁干扰的情况下，装置、设备或系统不能避免性能降低的能力。开关电源中，各个回路和元器件都同时是干扰源和敏感电路，但相比之下，开关电源的输入输出端、控制电路更容易受EMI 的影响而发生更严重的连锁反应，所以这些电路应采取措施进行重点保护，而干扰源则应该进行抑制。

三：开关电源EMC设计的实现、思路及方法：

开关电源内外部干扰产生及耦合的机理比较复杂，牵涉到的因素很多，要解决开关电源的EMC问题，必须要具体电路具体分析，避免盲目采取接地、屏蔽、滤波等措施。要针对开关电源EMI的特点，确定主要的干扰因素（包括干扰源、耦合路径、易感电路），有的放矢的采取措施。具体而言，开关电源的EMC设计应按照抑制干扰源能量、破坏干扰的耦合通道并对敏感电路进行重点保护的思路进行，把好电源的输入输出关口，具体考虑以下几个方面：
1、抑制干扰源
抑制干扰源是抑制开关电源EMI的根本，是使开关电源EMI低于规定极限值的有效方法。
（1）减小功率管通、断过程中产生的骚扰
如前所述，开关电源的主要骚扰是来自功率开关管通、断的dv/dt。因此减小功率开关管通、断的dv/dt是减小开关电源骚扰的重要方面。软开关技术可以在一定程度上减小开关管通、断的dv/dt。在研究各种变换器的EMI特性以及缓冲电路、箝位电路、变频与定频控制对干扰水平影响的实验结果中表明，具有电压箝位的零电压定频开关变换器的EMI电平最低。因此，采用软开关电源技术，结合合理的元器件布置及合理的印制电路板布线，对开关电源的EMI水平有一定的改善。
（2）开关频率调制技术
将频率不变的调制改为随机调制，变频调制。固定频率调制脉冲产生的干扰在低频段主要是调制频率的谐波干扰，低频段的干扰主要集中在各谐波点上。由f.lin提出方法[3]基本思想是通过调制开关频率fc，把集中在fc及其谐波2fc，3fc……上的能量分散到它们周围的频带上，以降低各个频点上的emd幅值。该方法不能降低总干扰但能量被分散到频点的基带上，从而达到各个频点都不超过emd规定的限值。
2、切断耦合通道
为了达到这个目的，主要从选择合适的开关电源电路拓扑；采用正确的接地、屏蔽、滤波措施；设计合理的元器件布局及印制板布线等几个方面考虑。例如，在电源的输入输出端加滤波器能有效的阻断EMI 的耦合通道。在交流电输入端加装电源滤波器，可抑制差模噪声和共模噪声，滤波器应接地，因为滤波器的共模旁路电容必须在接地时才起作用。可将滤波器与金属外壳相接或用较粗的导线将滤波器外壳与设备的接地点相连。接地阻抗越低滤波效果越好。滤波器尽量安装在靠近电源入口处。滤波器的输入及输出端要尽量远离，避免干扰信号从输入端直接耦合到输出端。
3、保护敏感电路
干扰源和受扰体同时位于同一块电路板上，应尽量将相互关联的元器件摆放在一起以避免因器件离的太远而造成印制线过长所带来的干扰。开关回路面积应尽量减小而控制回路则应避开其辐射范围放置。另外，对于开关电源来说，主要是做好机壳屏蔽，高频变压器屏蔽，开关管和整流二极管的屏蔽。这样通过屏蔽干扰电路来保护敏感电路这也是非常好的方法。