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开关电源EMI形成原因及常用抑制方法

导读: 如今,如何降低甚至消除开关电源的EMI问题已经成为全球开关电源设计师以及电磁兼容(EMC)设计师非常关注的问题。本文讨论了开关电源电磁干扰形成的原因以及常用的EMI抑制方法。

  近年来,开关电源以其效率高、体积小、输出稳定性好的优点而迅速发展起来。但是,由于开关电源工作过程中的高频率、高di/dt和高dv/dt使得电磁干扰问题非常突出。国内已经以新的3C认证取代了CCIB和CCEE认证,使得对开关电源在电磁兼容方面的要求更加详细和严格。如今,如何降低甚至消除开关电源的EMI问题已经成为全球开关电源设计师以及电磁兼容(EMC)设计师非常关注的问题。本文讨论了开关电源电磁干扰形成的原因以及常用的EMI抑制方法。

  1开关电源的干扰源分析

  开关电源产生电磁干扰最根本的原因,就是其在工作过程中产生的高di/dt和高dv/dt,它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。工频整流滤波使用的大电容充电放电、开关管高频工作时的电压切换、输出整流二极管的反向恢复电流都是这类干扰源。开关电源中的电压电流波形大多为接近矩形的周期波,比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源波形等。对于矩形波,周期的倒数决定了波形的基波频率;两倍脉冲边缘上升时间或下降时间的倒数决定了这些边缘引起的频率分量的频率值,典型的值在MHz范围,而它的谐波频率就更高了。这些高频信号都对开关电源基本信号,尤其是控制电路的信号造成干扰。

  开关电源的电磁噪声从噪声源来说可以分为两大类。一类是外部噪声,例如,通过电网传输过来的共模和差模噪声、外部电磁辐射对开关电源控制电路的干扰等。另一类是开关电源自身产生的电磁噪声,如开关管和整流管的电流尖峰产生的谐波及电磁辐射干扰。

  如图1所示,电网中含有的共模和差模噪声对开关电源产生干扰,开关电源在受到电磁干扰的同时也对电网其他设备以及负载产生电磁干扰(如图中的返回噪声、输出噪声和辐射干扰)。进行开关电源EMI/EMC设计时一方面要防止开关电源对电网和附近的电子设备产生干扰,另一方面要加强开关电源本身对电磁骚扰环境的适应能力。下面具体分析开关电源噪声产生的原因和途径。

开关电源的电磁干扰解决方法

  图1开关电源噪声类型图

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