开关电源EMI设计经验.doc

开关电源EMI设计经验时间：2010-05-21 869次阅读 【网友评论1条 我要评论】 收藏 开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。1.开关电源的EMI源开关电源的EMI干扰源集中体现在功率开关管、整流二极管、高频变压器等，外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等。（1）功率开关管功率开关管工作在On-Off快速循环转换的状态，dv/dt和di/dt都在急剧变换，因此，功率开关管既是电场耦合的主要干扰源，也是磁场耦合的主要干扰源。（2）高频变压器高频变压器的EMI来源集中体现在漏感对应的di/dt快速循环变换，因此高频变压器是磁场耦合的重要干扰源。（3）整流二极管整流二极管的EMI来源集中体现在反向恢复特性上，反向恢复电流的断续点会在电感（引线电感、杂散电感等）产生高 dv/dt，从而导致强电磁干扰。（4）PCB准确的说，PCB是上述干扰源的耦合通道，PCB的优劣，直接对应着对上 述EMI源抑制的好坏。2.开关电源EMI传输通道分类（一）. 传导干扰的传输通道（1）容性耦合（2）感性耦合（3）电阻耦合a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合b.公共地线阻抗产生的 电阻传导耦合c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合（二）. 辐射干扰的传输通道（1）在开关 电源中，能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线，从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析；二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子，电 感线圈可以假设为磁偶极子；（2）没有屏蔽体时，电偶极子、磁偶极子，产生的电磁波传输通道为空气（可以假设为自由空间）；（3）有屏蔽体时，考虑屏蔽体的缝隙和孔洞，按照泄漏场的数学模型进行分析处理。3.开关电源EMI抑制的9大措施在开关电源中，电压和电流的突变，即高dv/dt和di/dt，是其EMI产生的主要原因。实现开关电源的EMC设计技术措施主要基于以下两点：（1）尽量减小电源本身所产生的干扰源，利用抑制干扰的方法或产生干扰较小的元器件和电路，并进行合理布局；（2）通过接地、滤波、屏蔽 等技术抑制电源的EMI以及提高电源的EMS。分开来讲，9大措施分别是：（1）减小dv/dt和di/dt（降 低其峰值、减缓其斜率）（2）压敏电阻的合理应用，以降低浪涌电压（3）阻尼网络抑制过冲（4）采用软恢复特 性的二极管，以降低高频段EMI（5）有源功率因数校正，以及其他谐波校正技术（6）采用合理设计的电源线滤波器（7）合理的接地处理（8）有效的屏蔽措施（9）合理的PCB设计4.高频变压器漏感的控制高频变压器的漏感是功率开关管关断尖峰电压产生的重要原因之一，因此，控制漏感成为解决高频变压器带来的EMI首要面对的问题。减小高频变压器漏感两个切入点：电气设计、工艺设计！（1）选择合适磁芯，降低漏感。漏感与原边匝数平方成正比，减小匝数会显著降低漏感。（2）减小绕组间的绝缘层。现在有一种称之为“黄金薄膜”的绝缘层，厚度20100um，脉冲击穿电压可达几千伏。 （3）增加绕组间耦合度，减小漏感。5.高频变压器的屏蔽为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰，可采用屏 蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。屏蔽带一般由铜箔制作，绕在变压器外部一周，并进行接地，屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环，从而抑制漏磁场更大范围的 泄漏。高频变压器，磁心之间和绕组之间会发生相对位移，从而导致高频变压器在工作中产生噪声（啸叫、振动）。为防止该噪声，需要对变 压器采取加固措施：（1）用环氧树脂将磁心（例如EE、EI磁心）的三个接触面进行粘接，抑制相对位移的产生；（2）用“玻璃珠”（Glass beads）胶合剂粘结磁心，效果更好。51、品在做CE/FCC测试时，如果在200MHz时辐射偏高，超过可接受的范围，应该怎么消除，磁珠应该怎么选择，另外晶振倍频部分的辐射应该如何去消除。答：你谈到的问题实在是太简单，没有办法给与你一个非常准确的答复，不过根据我个人的经验，给点思考的方法。如果你能肯定是倍频，则主要对产生倍频的器件进行进行处理，这应该是有目标的，在处理是可以直接试一试，将产生倍频的器件进行一个简单的屏蔽（只需要用可乐罐做个屏蔽罩，关键是要注意接地。）在进行测试看看辐射值是否降低，如果降低则明确辐射的来源，在专门对其进行屏蔽处理。如果没有变化，则应重点考虑一下，露在外面的传输线，如果传输线能接地一定要接地，最好能采用屏蔽线试一试，看看有没有变化，以确认是否与传输线有关。最后就是箱体本身的屏蔽问题，这个问题比较复杂，而且成本较高，是在没有办法的情况才考虑解决的方式。这几种方式都尝试后，辐射值应该会降低的55、电磁兼容的一些基本问题：认证中经常遇到的一些EMC问题。答：下面是总结出来的一些针对于电子产品中的部分问题。一般电子产品都最容易出的问题有：RE-辐射，CE-传导，ESD-静电。通讯类电子产品不光包括以上三项：RE，CE，ESD，还有Surge-浪涌（雷击，打雷）医疗器械最容易出现的问题是：ESD-静电，EFT-瞬态脉冲抗干扰，CS-传导抗干扰，RS-辐射抗干扰针对于北方干燥地区，产品的ESD-静电要求要很高。针对于像四川和一些西南多雷地区，EFT防雷要求要很高。56、请问怎样才能去除IC中的电磁干扰?答：IC受到的电磁干扰，主要是来自静电（ESD）。解决IC免受ESD干扰，一方面在布板时候要考虑ESD（以及EMI）的问题，另一方面要考虑增加器件进行ESD保护。目前有两种器件：压敏电阻（Varistor）和瞬态电压抑制器TVS（Transient Voltage Suppressor）。前者由氧化锌构成，响应速度相对慢，电压抑制相对差，而且每受一次ESD冲击，就会老化，直到失效。而TVS是半导体制成，响应速度快，电压抑制好，可以无限次使用。从成本角度看，压敏电阻成本要比TVS低。57、电磁干扰现象表现：尤其是GPS应用在PMP这种产品，功能是MP4、MP3、FM调频+GPS导航功能的手持车载两用的GPS终端产品，手持车载两用的GPS导航终端一定的有一个内置GPS Antenna，这样GPS Antenna与GPS终端产品上的MCU、SDROM、晶振等元器件很容易产生电磁干扰，致使GPS Antenna的收星能力下降很多，几乎没办法正常定位。不知道有没有GPS设计开发者遇到过这样的电磁干扰，然后采取有效的办法解决这样的电磁干扰，什么样的解决办法？答1：我觉得这个问题主要出在电路设计上，多半是电路的保护跟屏蔽做的不好，我现在的客户已经没有这方面的困惑了，他们现在有两部分电磁干扰现象，但基本都已经解决/ bluetooth的电磁干扰，2 遥控器的电磁干扰，解决办法:第1项我还没找到答案，第2项增大遥控器的有效距离到5M。答2：各功能模块在PCB上的分布很重要，在PCB Layer之前要根据电流大小，各部分晶体频率，合理规划，然后各部分接地非常重要，此为解决共电源和地的干扰。 根据实测，主要振荡源之间的空间距离对辐射影响很大，稍远离对干扰有明显降低，如空间不允许，有必要对其做局部屏蔽，但前提是在PCB同一块接地区内，然后对电源的出入口去耦，磁珠电容是不错的选择，蓝牙及GPS可印板电感。电源 DC/DC的转换频率选择也很重要，不要让倍频（多次谐波）与其他电路