開關電源EMC知識總匯

EMC 發展的曆史：EMC 其實是伴隨著（zhe）近代電子產業的（de）飛速發展而誕生的。到上個世紀末，隨（suí）著電子、電氣設備的急劇增加。EMC 已經擴展到眾多的領域，可以毫不誇張的說：哪（nǎ）裏有電子產品，哪裏（lǐ）就有EMC問題。西方國家對（duì）此的要求也越來越苛刻，EMC 已成為發展中國家電子產品進入西方市場的貿易壁壘之（zhī）一。

對企業（yè）來講，不同的EMC設計概念，會導致不同的成本和時間上（shàng）的浪費（fèi）。

EMC的內容

●基（jī）本概念：

★EMC(電磁兼容（róng）性)：Electromagnetic Compatibility

★EMI(電磁幹擾):Electromagnetic Interference

★EMS(電磁抗擾性)：Electromagnetic　Susceptibility

★ESD（靜電）：Electrostatic Discharges

★RS（輻射抗幹擾）：Radiated Susceptibility

★EFT(電快速（sù）瞬變脈衝群)：Electronic fast transients

★SURGE(雷擊（jī）浪湧)

★CS(傳導抗幹擾)：Conducted Susceptibility

●EMC =EMI +EMS

★EMI = Conduction（ Harmonic） +Radiation

★EMI 三要素：下為係（xì）統級的，請大家想想PCB級的。

開關（guān）電（diàn）源 EMI 探討

●EMI 產生的根源：

★第一、開關電源的最大缺點是因切換動（dòng）作（TURN-ON或TURN OFF）產生（shēng）雜訊電壓為其雜訊（xùn）源。因切換動（dòng）作的波形為方（fāng）波，而方波含有很多高次諧波。（ dv/dt）

★第二、由於開關電晶體的非線性及二極體的反向恢複特性，電流作快速的非線性變化引起雜訊。（di/dt）

●EMI的傳播方式和途徑（jìng）：

★EMI幹擾信號（hào）按其特性（xìng）可分為共模信號（COMMON MODE）和差模信號（DIFFERENTIAL MODE）。

★共模信號（hào）：幹擾信號（hào）電流的在（zài）兩條回路的導線上的電流方（fāng）向相對大地是相同的信號，稱（chēng）為共模信號，見下左圖；

★差模信號：幹擾信號電流的在兩條回（huí）路的導線上的電流方向相對大地是相反的信號，稱為差模信號，見（jiàn）下右圖。

●常用低通濾波結構的劃分

●電源輸入濾波（bō）器（qì）的設計：

★共模（mó）差模分開設計（以π型為例）

★濾波器共模部分（fèn）設計（jì）

★濾波器差模部分設計（jì）

●濾波器的安裝：

●共模電感的（de）繞製

共模扼流圈中的負載電流（liú）產（chǎn）生的磁場相互抵銷，因此磁芯不會（huì）飽和。

●磁珠阻抗

注（zhù）意（yì）：共模電感和磁珠 需要測量溫升!!

EMI 分析舉例

Flyback 架構EMI 分析

●Flyback架構的高頻等效模型（xíng）

●Noise 源：

大的di/dt和dv/dt 產生的地（dì）方，對Flyback架構來說，會產生這些變化的主要（yào）有：

★變壓器TX1；

★MOSFET Q1 ；

★輸出二極管D1；

★芯片（piàn）的RC振蕩；

★驅動信號（hào）線；

Q1 上 Vds 的波形（xíng）

MOSFET 動作時產生的Noise ：如 上圖所（suǒ）示，主要來自三個方麵：

①Mosfet開通、關斷時，具（jù）有很（hěn）寬的頻譜含量，開關頻率的諧波本身就是較強的幹擾源。

②關（guān）斷時（shí）的振蕩（dàng） 1產生較強的幹擾。

③關斷時的振蕩 2產生較強的幹擾。

開關管 Q1關斷，副邊二極管D1導通時（帶載），原邊的（de）勵磁電感被鉗製，原邊漏（lòu）感Lep的能量通過（guò）Q1的寄生電容Cds進行放電，主放電回路為Lep—Cds—Rs—C1—Lep，此時產生振蕩振蕩的頻率（lǜ）為：

在Lep上的（de）振蕩電壓Vlep迭加在2Vc1上，致使Vds=2Vc1+Vlep 。振蕩的強弱，將決定我們選取的管子的耐壓（yā）值、電路的穩定性。

量測Lep=6.1uH, Q1為（wéi）2611查規格書可得Coss=190pF（Coss近似等於Cds）,而此充電板為兩個管子並聯，所以Cds=380pF 。由上式可求得（dé）f =3.3 MHz，和下圖中的振蕩頻（pín）率吻合。

從（cóng）圖中可看出 此振蕩是一衰減的振蕩波，其初始的振（zhèn）蕩峰（fēng）值決定於（yú）振蕩電路的Q值：Q值越大，峰值就越（yuè）大。Q值小，則峰值小。為了減小峰值，可減小（xiǎo）變壓器的漏（lòu）感Lep,加大Cds和電路的阻抗R。而加入Snubber電路是 極有效之方法。

振蕩2發生在Mosfet Q1關斷，副邊二極管由通轉向關斷（duàn），原邊勵磁電感被釋放（fàng）(這時Cds被充至2Vc1)，Cds和（hé）原邊線圈的雜散電容Clp為（wéi）並聯狀態，再和原（yuán）邊（biān）電感Lp（勵磁電感和漏感（gǎn）之和）發生振蕩。放電回路同（tóng）振蕩1。振蕩（dàng）頻率為：

在Lp上的振蕩（dàng）電壓Vlp迭加在Vc1上，致使（shǐ）Vds=Vc1+Vlp 。量測Lp=0.4mH；Q1為2611，查規格書可（kě）得Coss=190pF（Coss近似等於（yú）Cds）,而此充電（diàn）板為兩個管（guǎn）子並聯，所（suǒ）以Cds=380pF；Clp在200KHz時測得為Clp=1.6nF。由上式可求得：f =178.6KHz，和下圖中190.5K吻合（hé）。

●我們可實行的改善（shàn）措施有兩個：

★1、減小Noise的大小；

★2、切斷或改善傳（chuán）播途（tú）徑。

1.減小Noise 的大小：

首先考慮以下三個方（fāng）麵：

①Mosfet、Diode動作時，具有很寬的頻譜含量，開關（guān）頻率的諧波本身就（jiù）是較（jiào）強的幹擾（rǎo）源。

措施：在滿足所要求的效率、溫升條件下，我們可盡量選開關較平緩的（de）管子。而通過調節驅動電阻也可達到這（zhè）一目的。

②Q1、D1 的振蕩 1會產生較強的幹擾。

措（cuò）施：

 *對寄生電容Cds、Cj 的處理：在Q1的ds極、二極管的兩端各並上一681小電容（róng），來降低電路的Q 值，從而降（jiàng）低（dī）振蕩的振幅A，同時能（néng）降低振蕩頻率f。需（xū）注意的是：此電容的能量1/2Cu2將（jiāng）全部消耗在Q1上，所以管子（zǐ）溫升是個（gè）問（wèn）題。解決的辦法是使（shǐ）用RC snubber, 讓能量 消耗在（zài） R上。同時R能起到減小振幅（fú）的作用。

*對變壓器（qì）的漏感Le的處理：

1、變壓器采用（yòng） 三明治 繞法，以減小漏感。

2、在變壓器的繞（rào）組上加（jiā）吸收電路。

3、減小（xiǎo）Q1 D極（jí）到（dào）變壓器的引線長度。（此（cǐ）引線電感（gǎn）和漏感相迭加）采取上述 措施降低振蕩 1的影響之後得下圖。

③：Q1 D1 上的振蕩 2 會產生較強幹擾。

分析方法和（hé）②相同，但此（cǐ）時 電感已變得很大了（主（zhǔ）要為為勵（lì）磁電感（gǎn）），因此漏（lòu）感和（hé）引線電感對③的影響相對較小。

同樣從上麵的分析中，可看出Nosie 的傳（chuán）播途徑主（zhǔ）要是通（tōng）過變壓器的雜散電容Ctx；

Mosfet/Diode到（dào）散熱片的雜散電容Cm/Cd；及散熱片到地的雜散電容（róng）Ce等途徑（jìng）而耦合到（dào）LISN被取樣電阻所俘獲

措施（shī）一：在Rs的地端和C2的地間接一個Y電容（４７２）。

原理（lǐ）分析（xī）：它的作用是（shì）雙重的，一是為Mosfet動（dòng）作產生且串到變壓器副邊的noise 電（diàn）流（如I4）,提供一個（gè）低阻抗的回路，減（jiǎn）小到地的電流。二是為二次側Diode產生的（de）且串到變壓器原邊的noise 電流提供低阻抗回路，從而減小（xiǎo）流過LISN的電流。

其（qí）效果如下圖：紅色為：未改善之前；藍色為：采取措施之後

措（cuò）施二：變壓器加法拉第銅環（huán）：

變壓器是Noise傳播（bō）的主要通道之一，其中初級線圈（quān）和次（cì）級線（xiàn）圈間雜（zá）散電容Ctx是重要因（yīn）素。而在變壓器內（nèi）部加法拉第銅環是減（jiǎn）小Ctx 的有效的

方法之一。

措施三：散熱片接Rs的地端：

目的為了將 散熱片（piàn）－Ce—地－LISN這一支路 旁路掉，從（cóng）而減小到地的電流。其效果如下圖：可（kě）看出，在低頻時較有效；在（zài）高頻時， 效果不明顯，這主要是因為在高頻時，管腳直接對地的電容已有相當的作用。

紅色（sè）為：散熱片（piàn）未接地；藍色為：散熱片接地

當綜合上述所有措施後（hòu），EMI總效果對比如（rú）圖所（suǒ）示（shì）：

紅色為（wéi）：未采取措施前；藍色為：綜合上述措施後（hòu）

國際認證體係簡介

●歐洲地區 :

認證EMC MarkEMC

Standard分為EMI (電磁幹擾測（cè）試) & EMS (電磁相容測試) 兩部分：

★1. EMI部分為 EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3；

★2. EMS部分為 EN55024 內含7項測試（shì）:

EN55022為Radiation Test & Conduction Test (傳導 & 幅射測試（shì）); 

EN61000-3-2為Harmonic Test (電源（yuán）諧波測試); 

EN61000-3-3為Flicker Test (電壓變動測試（shì）)

EN61000-4-2為ESD Test (靜電測試); 

EN61000-4-3為RS Test EN61000-4-4為EFT Test (電子快速脈衝測試);

EN61000-4-5為Surge Test (雷（léi）擊測試)

EN61000-4-6為CS Test (傳導耐受度測試);

EN61000-4-8為PFMF Test EN61000-4-11為DIP Test (電壓突降測試)

●美洲地（dì）區:

認（rèn）證EEMI Mark FCC (強製性)

Standard FCC Part 15 (EMI 電磁幹擾測試)

申請方式

1. Class A 自我（wǒ）認証

2. Class B DOC 自我認証方式

3. Class B 經由TCB認証, 取得FCC ID Number