探讨高频开关电源设计中的电磁兼容问题

线性上升，开关管关断时电流突变为零，因此，流过电源线的电流为高频的三角脉动电流，含有丰富的高频谐波分量，随着频率的升高，该谐波分量的幅度越来越小，因此差模骚扰随频率的升高而降低，输出回路的滤波电路如图8所示，电容C5与电感L3组成低通滤波器，差模传导骚扰主要存在低频率段。

图8输出回路的滤波电路

产生共模骚扰的主要原因是电源与大地（保护地）之间存在分布电容，电路中方波电压的高频谐波分量通过分布电容传入大地，与电源线构成回路，产生共模骚扰。如图8所示，L、N为电源输入，C1、C2、C3、C4、C5、L1、L2组成输入EMI滤波器，DB1为整流桥，VT2为开关管，开关管安装在散热器上时，开关管的D极与散热器相连，与散热器之间形成一个耦合电容，如图8中的C7所示，VT2工作在开关状态，其D极的电压为高频方波，方波的频率为开关管的开关频率，方波中的各次谐波就会通过耦合电容、L、N电源线构成回路，产生共模骚扰。电源与大地的分布电容比较分散，难以估算，但从图8来看，VT2的D极与散热器之间耦合电容的作用最大，从DB1到电感L3之间的电压为100Hz，而从L3到VD1和VT2的D极之间的连线的电压均为方波电压，含有大量的高次谐波。其次L3的影响也比较大，但L3与机壳的距离比较远，分布电容比开关管和散热器之间的耦合电容小得多，因此，我们主要考虑开关管与散热器之间的耦合电容。

3.4、接地技术的应用

"接地"有设备内部的信号接地和设备接大地，两者概念不同，目的也不同。"地"的经典定义是"作为电路或系统基准的等电位点或平面"。

3.4.1、设备的信号接地

设备的信号接地，可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。在这里介绍浮地和混合接地，另外，还有单点接地和多点接地。

1）浮地采用浮地的目的是将电路或设备与公共接地系统，或可能引起环流的公共导线隔离开来。浮地还可以使不同电位间的电路配合变得容易。实现电路或设备浮地的方法有变压器隔离和光电隔离。浮地的最大优点是抗干扰性能好。浮地的缺点是由于不与公共地相连，容易在两者间造成静电积累，当电荷积累到一定程度后，可能引起剧烈的静电放电，而成为破环性很强的骚扰源。一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻，用以释放所积累的电荷。注意控制释放电阻的阻抗，太低的阻抗会影响设备泄漏电流的合格性。

2）混合接地混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性，这在宽带敏感电路中是必要的。电容对低频和直流有较高的阻抗，因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和射频地分开时，将每个子系统的直流地通过10～100nF的电容器接到射频地上，这两种地应在一点有低阻抗连接起来，连接点应选在最高翻转速度di/dt信号存在的点。

3.4.2、设备接大地

在工程实践中，除认真考虑设备内部的信号接地外，通常还将设备的信号地，机壳与大地连在一起，以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是：

1）保证设备操作人员人身的安全；
2）泄放机箱上所积累的电荷，避免电荷积累使机箱电位升高，造成电路工作的不稳定；
3）避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化，造成设备工作的不稳定。

由此可见，设备接大地除了是对人员安全、设备安全的考虑外，也是抑制骚扰发生的重要手段。

3.5、屏蔽技术

抑制开关电源产生骚扰辐射的又一种方法是屏蔽，目的是切断电磁波的传播途径，用电磁屏蔽的方法解决电磁干扰问题不会影响电路的正常工作。它用电导率良好的材料对电场进行屏蔽，用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。为了防止脉冲变压器的磁场泄露，可利用闭合环形成磁屏蔽，另外，还要对整个开关电源进行电场屏蔽。屏蔽应考虑散热和通风问题，屏蔽外壳上的通风孔最好为圆形多孔，在满足通风的条件下，孔的数量可以多，每个孔的尺寸要尽可能校接缝处要焊接，以保证电磁通路的连续性，如果采用螺钉固定，注意螺钉间距要短。屏蔽外壳的引入、引出线处要采取滤波措施，否则，这些会成为骚扰发射天线，严重降低屏蔽效果。若对电场屏蔽，屏蔽外壳一定要接地，否则，将起不到屏蔽效果；若对磁场屏蔽，屏蔽外壳则不需接地。对非嵌入的外置式开关电源的外壳一定要进行电场屏蔽，否则，很难通过辐射骚扰测试。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，采用光电隔离技术。功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗，为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。