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如何搞定EMC设计中难缠的开关电源电磁干扰

减少开关电源本身的干扰

工程师可以通过一些技术手段的合理选择和使用,来减少开关电源本身所产生的电磁干扰。目前比较常用的有软开关技术、开关频率调制技术、共模干扰的有源抑制技术等等。首先来看软开关技术,在原有的硬开关电路中增加电感和电容元件,利用电感和电容的谐振,降低开关过程中的du/dt和di/dt,使开关器件开通时电压的下降先于电流的上升,或关断时电流的下降先于电压的上升,来消除电压和电流的重叠。

开关频率调制技术也同样是工程师在EMC设计过程中常常用到的一项技术,这一技术的合理利用能够有效降低开关电源的噪声频谱峰值。使用该技术能够通过调制开关频率fc,把集中在fc及其谐波2re、3fc⋯上的能量分散到它们周围的频带上,以降低各个频点上的EMI幅值。该方法不能降低干扰总量,但能量被分散到频点的基带上,从而使各个频点都不超过EMI规定的限值。为了达到降低噪声频谱峰值的目的,通常有两种处理方法,即随机频率法和调制频率法。

接下来我们再来看一下第三种常用到的EMC优化技术,共模干扰的有源抑制技术。这一技术的应用原理是设法从主回路中取出一个与导致电磁干扰的主要开关电压波形完全反相的补偿EMI噪声电压,并用它去平衡原开关电压。

EMI滤波器是另外一种比较常见的降噪元件,在很多大型开关电源中都能见到它的身影。在实际使用过程中,EMI滤波器的主要目的之一就是要在150kHz~30MHz的频段范围获得较高的插入损耗,但对频率为50Hz工频信号不产生衰减,使额定电压、电流顺利通过,同时还必须满足一定的尺寸要求。任何电源线上的传导干扰信号,均可用差模和共模信号来表示。而电源线干扰可以使用电源线滤波器滤除。一个合理有效的开关电源EMI滤波器应该对电源线上差模和共模干扰都有较强的抑制作用。

PCB优化设计

除了上面提到的几种技术手段之外,想要让自己所设计的开关电源产品符合EMC标准,工程师还必须在PCB的抗干扰设计和元件布局上下功夫。PCB抗干扰设计主要包括PCB布局、布线及接地,其目的是减小PCB的电磁辐射和PCB上电路之间的串扰。开关电源布局的方法与其电气设计类似。在确定PCB的尺寸形状后,再确定特殊元器件(如各种发生器、晶振等)的位置。,根据电路的功能单元,对电路的全部元器件进行布局。

增强敏感电路的抗干扰能力

想要让自己所设计的开关电源产品符合EMC通用标准,增强产品内部敏感电路的抗干扰能力也是必不可少的,这一部分主要包括电磁屏蔽和接地两种方式。