開(kāi)關(guān)電源電磁兼容設計經(jīng)驗總結 ！

進(jìn)行開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設計時(shí) ，首先進(jìn)行一個(gè)系統設計 ， 明確以下幾點(diǎn)：

1. 明確系統要滿(mǎn)足的電磁兼容標準；

2. 確定系統內的關(guān)鍵電路部分 ，包括強干擾源電路、高度敏感電路；

3. 明確電源設備工作環(huán)境中的電磁干擾源及敏感設備；

4. 確定對電源設備所要采取的電磁兼容性措施。

一、DC/DC變換器內部噪聲干擾源分析

1．二極管的反向恢復引起噪聲干擾

在開(kāi)關(guān)電源中常使用工頻整流二極管、高頻整流二極管、續流二極管等 ， 由于這些二極管都工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài) ，如圖所示 ，在二 極管由阻斷狀態(tài)到導通工作過(guò)程中 ，將產(chǎn)生一個(gè)很高的電壓尖峰VFP；在二極管由導通狀態(tài)到阻斷工作過(guò)程中 ，存在一個(gè)反向 恢復時(shí)間trr，在反向恢復過(guò)程中 ， 由于二極管封裝電感及引線(xiàn)電感的存在 ，將產(chǎn)生一個(gè)反向電壓尖峰VRP， 由于少子的存儲與  復合效應 ，會(huì )產(chǎn)生瞬變的反向恢復電流IRP，這種快速的電流、電壓突變是電磁干擾產(chǎn)生的根源。

電流電壓波形圖

二極管反向恢復時(shí)電流電壓波形 二極管正向導通電流電壓波形

2．開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生電磁干擾

二極管反向恢復時(shí)電流電壓波形 二極管正向導通電流電壓波形

在正激式、推挽式、橋式變換器中 ，流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流波形在阻性負載時(shí)近似矩形波 ，含有豐富的高頻成分 ，這些高頻諧波會(huì ) 產(chǎn)生很強的電磁干擾 ，在反激變換器中 ，流過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流波形在阻性負載時(shí)近似三角波 ，高次諧波成分相對較少 。開(kāi)關(guān)管在 開(kāi)通時(shí) ， 由于開(kāi)關(guān)時(shí)間很短以及逆變回路中引線(xiàn)電感的存在 ，將產(chǎn)生很大的dV/dt突變和很高的尖峰電壓 ，在開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷

時(shí) ， 由于關(guān)斷時(shí)間很短 ，將產(chǎn)生很大的di/dt突變和很高的電流尖峰 ，這些電流、電壓突變將產(chǎn)生很強的電磁干擾。

3． 電感、變壓器等磁性元件引起的電磁干擾：在開(kāi)關(guān)電源中存在輸入濾波電感、功率變壓器、隔離變壓器、輸出濾波電感等   磁性元件 ， 隔離變壓器初次級之間存在寄生電容 ，高頻干擾信號通過(guò)寄生電容耦合到次邊；功率變壓器由于繞制工藝等原因 ， 原次邊耦合不理想而存在漏感 ，漏電感將產(chǎn)生電磁輻射干擾 ，另外功率變壓器線(xiàn)圈繞組流過(guò)高頻脈沖電流 ，在周?chē)纬筛哳l電 磁場(chǎng)； 電感線(xiàn)圈中流過(guò)脈動(dòng)電流會(huì )產(chǎn)生電磁場(chǎng)輻射 ，而且在負載突切時(shí) ，會(huì )形成電壓尖峰 ， 同時(shí)當它工作在飽和狀態(tài)時(shí) ，將會(huì ) 產(chǎn)生電流突變 ，這些都會(huì )引起電磁干擾。

4．控制電路中周期性的高頻脈沖信號如振蕩器產(chǎn)生的高頻脈沖信號等將產(chǎn)生高頻高次諧波 ，對周?chē)娐樊a(chǎn)生電磁干擾。

5．此外電路中還會(huì )有地環(huán)路干擾、公共阻抗耦合干擾 ， 以及控制電源噪聲干擾等。

6．開(kāi)關(guān)電源中的布線(xiàn)設計非常重要 ，不合理布線(xiàn)將使電磁干擾通過(guò)線(xiàn)線(xiàn)之間的耦合電容和分布互感串擾或輻射到鄰近導線(xiàn) 上 ，從而影響其它電路的正常工作。

7．熱輻射產(chǎn)生的電磁干擾 ，熱輻射是以電磁波的形式進(jìn)行熱交換 ，這種電磁干擾影響其它電子元器件或電路的正常穩定工 作。

二、外界的電磁干擾

對于某一 電子設備 ，外界對其產(chǎn)生影響的電磁干擾包括： 電網(wǎng)中的諧波干擾、雷電、太陽(yáng)噪聲、靜電放電 ， 以及周?chē)母哳l發(fā) 射設備引起的干擾。

三、電磁干擾的后果

電磁干擾將造成傳輸信號畸變 ，影響設備的正常工作 。對于雷電、靜電放電等高能量的電磁干擾 ，嚴重時(shí)會(huì )損壞設備 。而對于 某些設備 ， 電磁輻射會(huì )引起重要信息的泄漏。

四、開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容設計

了解了開(kāi)關(guān)電源內部及外部電磁干擾源后 ，我們還應知道 ，形成電磁干擾機理的三要素是還有傳播途徑和受擾設備 。因此開(kāi)關(guān) 電源的電磁兼容設計主要從以下三個(gè)方面入手： 1，減小干擾源的電磁干擾能量；2，切斷干擾傳播途徑；3，提高受擾設備的   抗干擾能力。

正確了解和把握開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾源及其產(chǎn)生機理和干擾傳播途徑 ，對于采取何種抗干擾措施以使設備滿(mǎn)足電磁兼容要求非 常重要 。由于干擾源有開(kāi)關(guān)電源內部產(chǎn)生的干擾源和外部的干擾源 ，而且可以說(shuō)干擾源無(wú)法消除 ，受擾設備也總是存在 ， 因此 可以說(shuō)電磁兼容問(wèn)題總是存在。

下面以隔離式DC/DC變換器為例 ，討論開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性設計：

1. DC/DC變換器輸入濾波電路的設計

如圖所示 ，FV1為瞬態(tài)電壓抑制二極管 ，RV1為壓敏電阻 ，都具有很強的瞬變浪涌電流的吸收能力 ，能很好的保護后級元件或 電路免遭浪涌電壓的破壞 。Z1為直流EMI濾波器 ，必須良好接地 ，接地線(xiàn)要短 ，最好直接安裝在金屬外殼上 ，還要保證其輸   入、輸出線(xiàn)之間的屏蔽隔離 ，才能有效的切斷傳導干擾沿輸入線(xiàn)的傳播和輻射干擾沿空間的傳播 。L1、C1組成低通濾波電

路 ， 當L1電感值較大時(shí) ，還需增加如圖所示的V1和R1元件 ，形成續流回路吸收L1斷開(kāi)時(shí)釋放的電場(chǎng)能 ，否則L1產(chǎn)生的電壓尖 峰就會(huì )形成電磁干擾 ， 電感L1所使用的磁芯最好為閉合磁芯 ，帶氣隙的開(kāi)環(huán)磁芯的漏磁場(chǎng)會(huì )形成電磁干擾 ，C1的容量較大為  好 ，這樣可以減小輸入線(xiàn)上的紋波電壓 ，從而減小輸入導線(xiàn)周?chē)纬傻碾姶艌?chǎng)。

DC/DC變換器輸入濾波電路

2.高頻逆變電路的電磁兼容設計 ，如圖所示 ，C2、C3、V2、V3組成的半橋逆變電路 ，V2、V3為IGBT、MOSFET等開(kāi)關(guān)元件 ， 在V2、V3開(kāi)通和關(guān)斷時(shí) ， 由于開(kāi)關(guān)時(shí)間很快以及引線(xiàn)電感、變壓器漏感的存在 ， 回路會(huì )產(chǎn)生較高的di/dt、dv/dt突變 ，從而形成 電磁干擾 ，為此在變壓器原邊兩端增加R4、C4構成的吸收回路 ，或在V2、V3兩端分別并聯(lián)電容器C5、C6，并縮短引線(xiàn) ，減

小ab、cd、gh、ef的引線(xiàn)電感 。在設計中 ，C4、C5、C6一般采用低感電容 ， 電容器容量的大小取決于引線(xiàn)電感量、回路中電流 值以及允許的過(guò)沖電壓值的大小 ，LI2/2=C△V2/2公式求得C的大小 ，其中L為回路電感 ，I為回路電流 ，△V為過(guò)沖電壓值。

為減小△V，就必須減小回路引線(xiàn)電感值 ，為此在設計時(shí)常使用一種叫“多層低感復合母排"的裝置 ， 由我所申請的該種母 排裝置能將回路電感降低到足夠小 ，達10nH級 ，從而達到減小高頻逆變回路電磁干擾的目的。

開(kāi)關(guān)管電流、電壓波形比較圖

從電磁兼容性設計角度考慮 ，應盡量降低開(kāi)關(guān)管V2、V3的開(kāi)關(guān)頻率 ，從而降低di/dt、dv/dt值 。另外使用ZCS或ZVS軟開(kāi)關(guān)變換  技術(shù)能有效降低高頻逆變回路的電磁干擾 。在大電流或高電壓下的快速開(kāi)關(guān)動(dòng)作是產(chǎn)生電磁噪聲的根本 ， 因此盡可能選用產(chǎn)生 電磁噪聲小的電路拓撲 ，如在同等條件下雙管正激拓撲比單管正激拓撲產(chǎn)生電磁噪聲要小 ，全橋電路比半橋電路產(chǎn)生電磁噪聲 要小。