開關電源EMC知識總匯

EMC 發展的（de）曆史：EMC 其實是伴隨（suí）著近代電子產業的飛速（sù）發展而誕生的。到上個世紀（jì）末，隨著電子、電氣設備的急劇增加。EMC 已經擴展到（dào）眾多（duō）的領域，可以毫（háo）不誇張的說：哪裏有電子產品，哪裏就有EMC問題。西方國家對此的要求也越來越苛刻，EMC 已成（chéng）為發展中國家電（diàn）子產品進入西方市場的貿易壁壘之一。

對企（qǐ）業來（lái）講，不同（tóng）的（de）EMC設計概念，會導致不（bú）同的成本和時（shí）間上的浪費。

EMC的內容（róng）

●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（diàn））：Electrostatic Discharges

★RS（輻射（shè）抗幹擾）：Radiated Susceptibility

★EFT(電快（kuài）速瞬變脈衝群)：Electronic fast transients

★SURGE(雷擊浪湧)

★CS(傳導抗幹擾)：Conducted Susceptibility

●EMC =EMI +EMS

★EMI = Conduction（ Harmonic） +Radiation

★EMI 三要素：下為（wéi）係統級的，請大家想想PCB級的。

開關（guān）電源（yuán） EMI 探討

●EMI 產生的根源：

★第一（yī）、開關電源的最大（dà）缺點是因切換動（dòng）作（TURN-ON或TURN OFF）產生雜訊電壓為其雜訊源。因切（qiē）換動作（zuò）的波（bō）形為方波，而方波含有很多高次諧波。（ dv/dt）

★第二、由於開關（guān）電晶體的非線性及二極體的反向恢複特（tè）性（xìng），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：

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

★共模信號：幹擾信號電流的在（zài）兩條回路的導線上的（de）電流（liú）方向相（xiàng）對大地是相同的信號，稱為共模信號，見下左圖；

★差模信號：幹擾信號（hào）電流的在兩條回路的導線上的電流（liú）方向相對大地是相反的信號（hào），稱為差模信號（hào），見下右（yòu）圖。

●常用（yòng）低通濾（lǜ）波結構的劃分（fèn）

●電源輸入（rù）濾（lǜ）波器的設計：

★共模（mó）差模（mó）分開設計（以π型為例（lì））

★濾（lǜ）波器共模部分設計

★濾波器（qì）差模部分設計

●濾波器的安裝：

●共模電感的繞（rào）製

共模扼流圈中的負載電流產生（shēng）的磁場相（xiàng）互抵銷，因此磁芯不會（huì）飽和。

●磁珠阻抗

注意：共模（mó）電感和磁珠 需（xū）要測量溫（wēn）升!!

EMI 分析舉例

Flyback 架構EMI 分析

●Flyback架（jià）構的高（gāo）頻等效模型

●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（zhǔ）要有：

★變壓器TX1；

★MOSFET Q1 ；

★輸出二（èr）極管D1；

★芯片的RC振蕩（dàng）；

★驅動信號線；

Q1 上 Vds 的波形

MOSFET 動（dòng）作時產生的Noise ：如 上圖所示，主要來自（zì）三個方麵：

①Mosfet開通、關斷時，具有很寬（kuān）的頻譜含量，開關頻率的諧波本身就是較強的（de）幹（gàn）擾（rǎo）源。

②關（guān）斷時的振蕩 1產生較強的（de）幹擾。

③關斷時的振（zhèn）蕩 2產（chǎn）生（shēng）較強的（de）幹擾。

開關管（guǎn） Q1關斷，副邊二極管D1導通時（shí）（帶載），原邊的勵磁電感被鉗製，原邊漏感Lep的能量通過Q1的寄生電容（róng）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上的振蕩電壓（yā）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值、電路的穩定性（xìng）。

量測Lep=6.1uH, Q1為2611查規格書可得Coss=190pF（Coss近似等於Cds）,而此充電（diàn）板為（wéi）兩個管子並聯（lián），所以（yǐ）Cds=380pF 。由上式（shì）可（kě）求得f =3.3 MHz，和下圖中的（de）振蕩頻率（lǜ）吻合。

從圖（tú）中可看出 此振（zhèn）蕩是（shì）一衰減的振蕩波，其初始的振蕩峰值決（jué）定於（yú）振蕩電路的Q值：Q值越大，峰值就越大（dà）。Q值（zhí）小，則峰值小（xiǎo）。為了減小峰（fēng）值，可減小變壓器的漏感Lep,加大（dà）Cds和電路的阻抗R。而加入Snubber電（diàn）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（guān）斷，原邊勵磁電感被（bèi）釋放(這時Cds被充至2Vc1)，Cds和原邊（biān）線圈的雜散電（diàn）容（róng）Clp為並聯（lián）狀態（tài），再和原邊電感（gǎn）Lp（勵磁電感和漏感之和）發生振（zhèn）蕩。放電回路同振蕩1。振蕩頻率為（wéi）：

在Lp上的振蕩電壓Vlp迭加在Vc1上，致使Vds=Vc1+Vlp 。量測Lp=0.4mH；Q1為2611，查規格書可得Coss=190pF（Coss近似等於（yú）Cds）,而此充電板為兩個管子並聯，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（xià）圖中190.5K吻合（hé）。

●我們可實（shí）行的改善措施（shī）有兩個：

★1、減小Noise的大小（xiǎo）；

★2、切斷或改善傳播（bō）途徑。

1.減小Noise 的大小：

首先考慮以下三個方麵：

①Mosfet、Diode動作時，具有很寬的頻譜含量，開（kāi）關（guān）頻率的諧波本身就是較強的幹擾源（yuán）。

措施：在滿（mǎn）足所要求的效率、溫升條件下，我們可盡（jìn）量選開關較平緩的管子。而通過調節驅動電阻也可達到這一目的。

②Q1、D1 的振蕩 1會產生較強的幹擾。

措施（shī）：

 *對寄生電容Cds、Cj 的處理（lǐ）：在Q1的ds極、二極管的兩（liǎng）端各並上一681小（xiǎo）電容，來降低電路（lù）的Q 值，從而降低振蕩的振幅A，同時能（néng）降低振蕩頻（pín）率f。需注意的是：此（cǐ）電容的能量1/2Cu2將全部消耗在Q1上，所以管子溫（wēn）升是個問題。解決的辦（bàn）法是使用RC snubber, 讓能量 消耗在 R上。同時R能（néng）起到減小振（zhèn）幅的（de）作用。

*對變壓器的漏感Le的處理：

1、變（biàn）壓器采用 三明治 繞法，以減小漏感。

2、在（zài）變壓器的繞（rào）組上加吸收電路。

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

③：Q1 D1 上的振蕩 2 會產生（shēng）較強幹擾。

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

同（tóng）樣從上麵的分析中，可看出Nosie 的傳播途（tú）徑主要是通（tōng）過變壓器的雜散電容Ctx；

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

措施（shī）一：在Rs的地端（duān）和C2的地間（jiān）接一個Y電容（４７２）。

原理分析：它的作用是雙重（chóng）的，一是（shì）為Mosfet動作產生且串到變壓器副邊的noise 電流（如I4）,提供一個低阻抗的回路（lù），減小到地的電流。二是為二次側Diode產生的且串（chuàn）到變壓器原邊（biān）的noise 電流提（tí）供低阻抗回路，從而減小流過LISN的電流。

其效果如下圖：紅色為：未改（gǎi）善之前；藍色（sè）為：采取措施之後

措施二：變壓器加法拉第銅環（huán）：

變（biàn）壓器是Noise傳（chuán）播的主要通道之（zhī）一，其中（zhōng）初級線圈和次級線圈間雜散（sàn）電容Ctx是重要因素。而在變壓器內部（bù）加法拉第銅環是減小（xiǎo）Ctx 的（de）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－Ce—地－LISN這一（yī）支路 旁路掉，從而減小到地的電流。其效果如（rú）下圖：可看出，在低頻時較（jiào）有（yǒu）效；在高頻時， 效果不明顯，這主要是因為在高頻時，管腳（jiǎo）直接對地的電容已有相當的作用。

紅色為：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，EMI總效果對比如圖所（suǒ）示：

紅色為：未采取措施前；藍色為：綜合上述（shù）措施後

國際認證體係簡介

●歐洲地區 :

認（rèn）證EMC MarkEMC

Standard分為EMI (電磁（cí）幹（gàn）擾測試) & 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:

EN55022為Radiation Test & Conduction Test (傳（chuán）導 & 幅射測試); 

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)

EN61000-4-2為ESD Test (靜電測試); 

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

EN61000-4-5為Surge Test (雷擊測試)

EN61000-4-6為CS Test (傳導耐受度測（cè）試);

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

●美洲地區:

認證EEMI Mark FCC (強製性)

Standard FCC Part 15 (EMI 電磁幹擾測試)

申請（qǐng）方式

1. Class A 自我認証

2. Class B DOC 自我（wǒ）認証方式

3. Class B 經由TCB認証, 取得FCC ID Number