開關電源EMC知識總匯

EMC 發展的（de）曆（lì）史：EMC 其實是伴隨著近代電子產業的飛速發展而誕生（shēng）的。到上個世紀末（mò），隨著（zhe）電子（zǐ）、電氣設備的急劇增（zēng）加。EMC 已經擴展到眾多的領域，可以毫不誇張的說：哪裏有電子產品，哪（nǎ）裏就有EMC問題。西方國家對此的要求（qiú）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一。

對企業來講，不同的EMC設計概念，會導致不同的成本和時間上的浪費。

EMC的內容

●基本概念：

★EMC(電磁兼容性)：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（gàn）擾）：Radiated Susceptibility

★EFT(電快速瞬變脈衝（chōng）群（qún）)：Electronic fast transients

★SURGE(雷擊浪湧)

★CS(傳導抗幹（gàn）擾)：Conducted Susceptibility

●EMC =EMI +EMS

★EMI = Conduction（ Harmonic） +Radiation

★EMI 三要素（sù）：下為係統級的，請大家想想PCB級的。

開關電源 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作（TURN-ON或TURN OFF）產生雜訊電壓為其雜訊源。因切（qiē）換動（dòng）作的波形為方波，而（ér）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（liú）作快速的（de）非線性變化引起雜訊。（di/dt）

●EMI的傳播方式和途徑：

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

★共模信號：幹擾（rǎo）信號電流的（de）在兩條回路（lù）的導線上的電流方向相對大地是相（xiàng）同的信號，稱為共模信號，見下左圖；

★差模信號：幹擾信號電流（liú）的在兩條回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，見下右圖。

●常用低通濾波結構的劃分

●電源（yuán）輸入濾波器的設計：

★共模差模分開設計（以π型為例）

★濾波器（qì）共模部分設計

★濾波器差模部分設計

●濾波器的安裝：

●共模電感的繞製

共模扼流圈中的負載電流產生的磁場相（xiàng）互（hù）抵銷，因此磁芯不會飽和。

●磁珠阻（zǔ）抗

注意：共模電感和（hé）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（xiào）模型

●Noise 源：

大的di/dt和dv/dt 產生的地方，對Flyback架構來說，會產生這些變化的主要有：

★變壓器TX1；

★MOSFET Q1 ；

★輸出二極管D1；

★芯（xīn）片的RC振蕩；

★驅動（dòng）信號線；

Q1 上 Vds 的波形

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

①Mosfet開通、關斷時，具有很寬的頻譜含量，開（kāi）關頻率的諧波本（běn）身（shēn）就是較強的幹擾源。

②關斷時的振蕩（dàng） 1產生較強的幹擾。

③關斷時的振蕩 2產生較強的幹（gàn）擾。

開關管 Q1關斷，副邊二極管D1導通時（帶載），原邊的勵（lì）磁電感被（bèi）鉗製，原邊漏（lòu）感Lep的（de）能量通過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為：

在Lep上的振蕩（dàng）電壓（yā）Vlep迭（dié）加在2Vc1上，致使Vds=2Vc1+Vlep 。振蕩的（de）強弱，將決定我們選取的管子的耐壓值、電路（lù）的穩定性。

量測Lep=6.1uH, Q1為2611查規（guī）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f =3.3 MHz，和下圖中的振蕩頻率吻合。

從圖中可看出 此振蕩是一衰減的振蕩波，其初始的振（zhèn）蕩峰值決定於振蕩電路的Q值：Q值（zhí）越大，峰值就越大（dà）。Q值小，則峰值小。為了減小峰值，可（kě）減（jiǎn）小變壓器的漏感Lep,加（jiā）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，原邊勵（lì）磁電（diàn）感（gǎn）被釋放(這（zhè）時（shí）Cds被充至2Vc1)，Cds和原邊線圈的雜散電容Clp為並聯狀態，再和原邊（biān）電感Lp（勵磁電感和漏感之和（hé））發生振蕩。放電回路同振蕩1。振（zhèn）蕩頻率為：

在Lp上的振蕩電壓Vlp迭加在Vc1上，致（zhì）使Vds=Vc1+Vlp 。量測Lp=0.4mH；Q1為（wéi）2611，查規格書可得Coss=190pF（Coss近（jìn）似等於（yú）Cds）,而此（cǐ）充電板為兩個管子並聯，所以Cds=380pF；Clp在200KHz時測得為Clp=1.6nF。由（yóu）上式可求得：f =178.6KHz，和（hé）下圖中190.5K吻合（hé）。

●我們可實行（háng）的改善措施有兩個：

★1、減小Noise的大小；

★2、切斷或改善傳播途徑。

1.減小Noise 的（de）大小：

首先考（kǎo）慮以下三個方麵：

①Mosfet、Diode動作時，具（jù）有很寬的頻譜含量（liàng），開關頻率的諧波本（běn）身就（jiù）是較（jiào）強的幹擾源。

措施：在滿足所要求的效率、溫（wēn）升條件下，我們（men）可盡量選開關較（jiào）平緩的管子。而（ér）通過調節驅動電阻也可達到這一目的。

②Q1、D1 的振蕩 1會產生較強的（de）幹擾。

措施：

 *對寄生電容Cds、Cj 的處理：在Q1的ds極、二（èr）極管的兩端各並上一681小電容，來降低電路的Q 值，從而降（jiàng）低振（zhèn）蕩的振（zhèn）幅A，同時能降低振蕩頻率f。需注意的是：此電容的能量1/2Cu2將全部消耗（hào）在Q1上，所以管（guǎn）子溫升是個問（wèn）題。解決的辦法是使用（yòng）RC snubber, 讓能量（liàng） 消耗在（zài） R上。同（tóng）時R能起到減小振幅的作用。

*對變壓器的漏感Le的處理：

1、變壓器采用 三明治 繞法，以減小（xiǎo）漏感。

2、在（zài）變（biàn）壓器的繞組上（shàng）加吸收電路。

3、減小Q1 D極到變壓器的引線長度。（此引線電感和漏感相迭加）采取上述 措施降低振蕩 1的影響之後得下圖（tú）。

③：Q1 D1 上的振蕩 2 會產生較（jiào）強幹擾。

分析方法和②相同，但此時 電感（gǎn）已變得很大了（主要為為勵磁電感（gǎn）），因此漏感和引線電感對③的（de）影響（xiǎng）相對較小。

同樣從上麵的分析中，可看（kàn）出Nosie 的傳播途徑主要是通（tōng）過變壓器的（de）雜散電容Ctx；

Mosfet/Diode到散熱片的雜散電容Cm/Cd；及散熱片到地的雜（zá）散電容Ce等途徑而耦（ǒu）合到LISN被取樣電阻所俘獲

措施一：在Rs的地端（duān）和C2的地間接一個Y電容（４７２）。

原（yuán）理分析：它的作用是雙重的，一是為Mosfet動作產生且串到變壓器副（fù）邊的noise 電流（如I4）,提供一個低阻抗的回路，減小到（dào）地的電流。二是（shì）為二次側Diode產生（shēng）的且串到變壓器原邊的noise 電（diàn）流提（tí）供（gòng）低阻抗回路，從而減小流過LISN的電流（liú）。

其效果如下圖：紅色為：未改善之前；藍色（sè）為：采取措施之（zhī）後

措施二：變（biàn）壓器加法拉（lā）第銅環：

變壓（yā）器是Noise傳播的主要通道（dào）之一，其中初級線圈和次級線圈間雜散（sàn）電容Ctx是重要（yào）因素。而在變壓器內部加法（fǎ）拉第銅環是（shì）減小Ctx 的有效的

方（fāng）法之一。

措施三：散熱片接Rs的地端：

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

紅色為：散熱片未接地；藍色為：散熱片接（jiē）地

當綜合（hé）上述所有（yǒu）措施後，EMI總（zǒng）效果對（duì）比如圖所示：

紅色為：未采取措施前；藍色為：綜合上述措施後

國際認證體（tǐ）係（xì）簡（jiǎn）介

●歐洲地區 :

認證EMC MarkEMC

Standard分為EMI (電磁幹擾測試) & EMS (電磁相容（róng）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（xiàng）測試:

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

EN61000-3-2為Harmonic Test (電源諧波測試); 

EN61000-3-3為Flicker Test (電壓變動測試)

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（wéi）Surge Test (雷擊測試)

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（měi）洲地區:

認證EEMI Mark FCC (強製性)

Standard FCC Part 15 (EMI 電（diàn）磁幹擾測試)

申請方式

1. Class A 自我認証

2. Class B DOC 自我認証方式

3. Class B 經由TCB認証, 取得FCC ID Number