轻松了解EMI及其抑制方法

EMI翻译成中文就是电磁干扰。其实所有的电器设备，都会有电磁干扰。只不过严重程度各有不同。电磁干扰会影响各种电器设备的正常工作，会干扰通信数据的正常传递，虽然对人体的伤害尚无定论，但是普遍认为对人体不利。所以很多国家和地区对电器的电磁干扰程度有严格的规定。当然电源也不例外的，所以我们有理由好好了解EMI以及其抑制方法。F面结合一些专家的文献来描述EMI.首先EMI有三个基本面就是噪音源：发射干扰的源头如同传染病的传染源耦合途径：传播干扰的载体。如同传染病传播的载体，食物，水，空气 就是噪音源：发射干扰的源头如同传染病的传染源耦合途径：传播干扰的载体。如同传染病传播的载体，食物，水，空气 缺少一样，电磁干扰就不成立了。所以，降低电磁干扰的危害，也有三种办法：1.从源头抑制干扰。2.切断传播途径3•增强抵抗力，这个就是所谓的EMC（电磁兼容）先解释几个名词：传导干扰：也就是噪音通过导线传递的方式。辐射干扰：也就是噪音通过空间辐射的方式传递。差模干扰：由于电路中的自身电势差，电流所产成的干扰，比如火线和零线，正极和负极共模干扰：由于电路和大地之间的电势差，电流所产生的干扰。通常我们去实验室测试的项目：传导发射：测试你的电源通过传导发射出去的干扰是否合格。辐射发射：测试你的电源通过辐射发射出去的干扰是否合格。传导抗扰：在具有传导干扰的环境中，你的电源能否正常工作。辐射抗扰：在具有辐射干扰的环境中，你的电源能否正常工作。首先来看，噪音的源头：任何周期性的电压和电流都能通过傅立叶分解的方法，分解为各种频率的正弦波。所以在测试干扰的时候，需要测试各种频率下的噪音强度。那么在开关电源中，这些噪音的来源是什么呢？

FlDiNoiseSources di/dtFlDiNoiseSources di/dtdi/dtdv/dt开关电源中，由于开关器件在周期性的开合，所以，电路中的电流和电压也是周期性的在变化。那么那些变化的电流和电压，就是噪音的真正源头。那么有人可能会问，我的开关频率是lOOKHz的，但是为什么测试出来的噪音，从几百K到几百M都有呢？我们把同等有效值，同等频率的各种波形做快速傅立叶分析：loop-:0E-21100E-24-D1525305MHerrz/divloop-:0E-21100E-24-D1525305MHerrz/divFrequency/KlH-ertz蓝色：正弦波绿色：三角波红色：方波可以看到，正弦波只有基波分量，但是三角波和方波含有高次谐波，谐波最大的是方波。也就是说如果电流或者电压波形，是非正弦波的信号，都能分解出高次谐波。那么如果同样的方波，但是上升下降时间不同，会怎样呢。同样是lOOKHz的方波

lit10叫152531OOnrlOOrrFrequency/MHert?SMHena/divlit10叫152531OOnrlOOrrFrequency/MHert?SMHena/div红色：上升下降时间都为100ns绿色：上升下降时间都为500ns可以看到红色的高次谐波明显大于绿色。我们继续分析下面两种波形，A：有严重高频震荡的方波，比如M0S,二极管上的电压波形。B：用吸收电路，把方波的高频振荡吸收一下。BBwithsnubberAVidthoutsnubber分别做快速傅立叶分析：Ajlpoq方丫一aErwuadg可以看到在振荡频率（大概30M）之后，A波形的谐波，要大于B波形。再来看，下面的波形，一个是具有导通尖峰的电流波形，一个没有导通尖峰。

对两个波形做傅立叶分析：nH1叶10QE-21H□Frequency/MHertziOOrrt1ODH200260SOMHertz^divlOOndnH1叶10QE-21H□Frequency/MHertziOOrrt1ODH200260SOMHertz^divlOOnd100 150可以看到红色波形的高次谐波，要大于绿色波形。继续对两个波形，作分析红色:固定频率的信号绿色：具有稍微频率抖动的信号1>Wu-6011214te100凶WOrrr1Dm^Frequency/MHertz2MHertz/div可以看到，频率抖动，可以降低低频段能量。进一步，放大低频段的频谱能量：40m20m10400uIffiJir40d1O'J1.45l.C1.651.3IF100m2G0u40m20m10400uIffiJir40d1O'J1.45l.C1.651.3IF100m2G0u可以看到，频率抖动就是把频谱能量分散了，而固定频率的频谱能量，集中在基波的谐波频率点，所以峰值比较高，容易超标。最后稍微总结一下，如果从源头来抑制EMI。1•对于开关频率的选择，比如传导测试150K-30M,那么在条件容许的情况下，可选择130K之类的开关频率，这样基波频率可以避开测试。2•采用频率抖动的技术。频率抖动可以分散能量，对低频段的EMI有好处。3•适当降低开关速度，降低开关速度，可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。对高频段的EMI有好处。4•采用软开关技术，比如PSFB,AHB之类的ZVS可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。对高频段的EMI有好处。而LLC等谐振技术，可以让一些波形变成正弦波，进一步降低EMI。5•对一些振荡尖峰做吸收，这些管子上的振荡，往往频率很高，会发射很大的EMI.6•采用反向恢复好的二极管，二极管的反向恢复电流，不但会带来高di/dt.还会和漏感等寄生电感共同造成高的dv/dt.下面来看一下传播途径，这个是poon&Pong两位教授总结的传播途径，比较的直观全面CouplingMechanismsCouplingPaths L £ H合僅Ti电躇斟白可见电路CouplingMechanismsCouplingPaths L £ H合僅Ti电躇斟白可见电路Non-ContactCouplingCircuitsvisibleOhSchematicdiagramContactCouplingMagneticFieldFarfieldNearfieldElectricField我们先来看传导途径：传导干扰的传递都是通过电线来传递的，测试的时候，使测试通过电线传导出来得干扰大小|胚'"$?"切疋川SetUp—C\mchicied(<30MIIz)NoShieldRoomisNeeded"V色rtiumlgroundplaneV色rtiumlgroundplaneO.im(CISPR)lm(FCC)0.8m^O.flm{CI5PR) ExcessleadHHbundle厂GroundphriE2閒GroundphriE2閒x2m(CISPft)r2.5mx3m(FCC)Toreceiver/SpectrumAnalyzer也就是说对电源来说，所有的传导干扰都会通过输入线，传递到测试接收器。那么这些干扰如何传递到接收器的？又要如何来阻挡这些干扰传递到接收器呢？先来看差模的概念，差模电流很容易理解，如下图，差模电流在输入的火线和零线（或者正线到负线）之间形成回路，用基尔霍夫定理可以很容易理解，两条线上的电流完全相等。而这个差模电流除了包含电网频率（或者直流）的低频分量之外，还有开关频率的高频电流如果开关频率的电流不是正弦的，那么必然还有其谐波电流。现在以最简单的，具有PFC功能的DCM反激电源为例子，（如上图）其输入线上的电流如下：如将其放大：可以看到电流波形为，众多三角波组成，但是其平均值为工频的正弦。那么讲输入电流做傅立叶分析，可以得到：

Frequen匚Frequen匚1MHertz/dw可以看到，除了lOOKhz开关频率的基波之外，还有丰富的谐波。继续分析到更高频率，可以看到：IDi1D0iIDi100rrFrequen-D^f/FniHertzICOrnIDi1D0iIDi100rrFrequen-D^f/FniHertzICOrn如果不加处理，光差模电流就可以让传导超标。那么如何，来阻挡这些高频电流呢？最简单有效的，就是加输入滤波器。例子l，在输入端加一个RC滤波器：在对输入电流做傅立叶分