第1篇：开关电源EMI整改经验分享
http://EMI整改经验分享EMC的分类及标准：EMC(ElectromagneticCompatibility)是电磁兼容，它包括EMI(电磁骚扰)和EMS（电磁抗骚扰）。EMC定义为：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何设备的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。EMC整的称呼为电磁兼容。EMP是指电磁脉冲。EMC=EMI+EMSEMI：电磁干扰EMS：电磁相容性(免疫力)EMI可分为传导Conduction及辐射Radiation两部分，Conduction规范一般可分为:FCCPart15JClaB；CISPR22(EN55022,EN61000-3-2,EN61000-3-3)ClaB；国标IT类（GB9254，GB17625）和AV类（GB13837，GB17625）。FCC测试频率在450K-30MHz，CISPR22测试频率在150K--30MHz，Conduction可以用频谱分析仪测试，Radiation则必须到专门的实验室测试。EMI为电磁干扰，EMI是EMC其中的一部分，EMI(ElectronicMagneticInterference)电磁干扰，EMI包括传导、辐射、电流谐波、电压闪烁等等。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的，通常称作干扰的三要素。EMI线性正比于电流，电流回路面积以及频率的平方即：EMI=K*I*S*F2。I是电流，S是回路面积，F是频率，K是与电路板材料和其他因素有关的一个常数。辐射干扰(30MHz—1GHz)是通过空间并以电磁波的特性和规律传播的。但不是任何装置都能辐射电磁波的。传导干扰(150K--30MHz)是沿着导体传播的干扰。所以传导干扰的传播要求在干扰源和接收器之间有一完整的电路连接。EMI是指产品的对外电磁干扰。一般情况下分为ClaA&ClaB两个等级。ClaA为工业等级，ClaB为民用等级。民用的要比工业的严格，因为工业用的允许辐射稍微大一点。同样产品在测试EMI中的辐射测试来讲，在30-230MHz下，B类要求产品的辐射限值不能超过40dBm而A类要求不能超过50dBm(以三米法电波暗室测量为例）相对要宽松的多，http://CLASSA是指在EMI测试条件下，无需操作人员介入，设备能按预期持续正常工作，不允许出现低于规定的性能等级的性能降低或功能损失。EMI是设备正常工作时测它的辐射和传导。在测试的时候，EMI的辐射和传导在接收机上有两个上限，分别代表ClaA和ClaB，如果观察的波形超过B的线但是低于A的线，那么产品就是A类的。EMS是用测试设备对产品干扰，观察产品在干扰下能否正常工作，如果正常工作或不出现超过标准规定的性能下降，为A级。能自动重启且重启后不出现超过标准规定的性能下降，为B级。不能自动重启需人为重启为C级，挂掉为D级。国标有D级的规定，EN只有A，B，C。EMI在工作频率的奇数倍是最不好过的。EMS(ElectmmagneticSuseeptibilkr)电磁敏感度一般俗称为“电磁免疫力”，是设备抗外界骚扰干扰之能力，EMI是设备对外的骚扰。EMS中的等级是指：ClaA，测试完成后设备仍在正常工作；ClaB，测试完成或测试中需要重启后可以正常工作；ClaC，需要人为调整后可以正常重启并正常工作；ClaD，设备已损坏，无论怎样调整也无法启动。严格程度EMI是B>A，EMS是A>B>C>D。EMI电路：X电容的作用：抑制差模杂讯，电容量越大，抑制低频杂讯效果越好。Y电容的作用：抑制共模杂讯，电容量越大，抑制低频杂讯效果越好。Y电容使次级到初级地线提供一个低阻抗回路，使流向地再通过LISN回来的电流直接短路掉，由于Y电容非完全理想，次级各部分间也存在阻抗，所以不可能全部回来。还是有一部分流到地。Y电容必须直接用尽量短的直线连接到初级和次级的冷地,如果开通时MOS的dv/dt大于关断时的dv/dt,则Y电容连接到初级的地;反之连接到V+。共模电感的作用：抑制共模杂讯，电感量越大，抑制低频杂讯效果越好。增加共模电流部分的阻抗，减小共模电流。差模电感的作用：抑制差模杂讯，电感量越大，抑制低频杂讯效果越好。开关电源设计前的一般应对策略采用交流输入EMI滤波器通常干扰电流在导线上传输时有两种方式:共模方式和差模方式。共模干扰是载流体与大地之间的干扰:干扰大小和方向一致，存在于电源任何一相对大地、或中线对大地间，主要是由du/dt产生的，di/dt也产生一定的共模干扰。而差模干扰是载流体之间的干扰:干扰大小相等、方向相反，存在于电源相线与中线及相线与相线之间。干扰电流在导线上传输时既可以共模方式出现，也可以差模方式出现;但共模干扰电流只有变成差模干扰电流后，才能对有用信号构成干扰。交流电源输人线上存在以上两种干扰，通常为低频段差模干扰和高频段共模干扰。在一般情况下差模干扰幅度小、频率低、造成的干扰小;共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，造成的干扰较大。若在交流电源输人端采用适当的EMI滤波器，则可有效地抑制电磁干扰。电源线EMI滤波器基本原理如图1所示，其中差模电容C1、C2用来短路差模干扰电流，而中间连线接地电容C3、C4则用来短路共模干扰电流。共模扼流圈是由两股等粗并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成。如果两个线圈之间的磁藕合非常紧密，那么漏感就会很小，在电源线频率范围内差模电抗将会变得很小;当负载电流流过共模扼流圈时，http://它们在磁芯中相互抵消。因此即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。而对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会呈现较大电感，从而起到衰减共模干扰信号的作用。这里共模扼流圈要采用导磁率高、频率特性较佳的铁氧体磁性材料。图1电源线滤波器基本电路图利用吸收回路改善开关波形开关管或二极管在开通和关断过程中，由于存在变压器漏感和线路电感，二极管存储电容和分布电容，容易在开关管集电极、发射极两端和二极管上产生尖峰电压。通常情况下采用RC/RCD吸收回路，RCD浪涌电压吸收回路如图2所示。图2RCD浪涌电压吸收回路当吸收回路上的电压超过一定幅度时，各器件迅速导通，从而将浪涌能量泄放掉，同时将浪涌电压限制在一定的幅度。在开关管集电极和输出二极管的正极引线上串接可饱和磁芯线圈或微晶磁珠，材质一般为钴(Co)，当通过正常电流时磁芯饱和，电感量很小。一旦电流要反向流过时，它将产生很大的反电势，这样就能有效地抑制二极管VD的反向浪涌电流。利用开关频率调制技术频率控制技术是基于开关干扰的能量主要集中在特定的频率上，并具有较大的频谱峰值。如果能将这些能量分散在较宽的频带上，则可以达到降低于扰频谱峰值的目的。通常有两种处理方法:随机频率法和调制频率法。随机频率法是在电路开关间隔中加人一个随机扰动分量，使开关干扰能量分散在一定范围的http://研究表明，开关干扰频谱由原来离散的尖峰脉冲干扰变成连续分布干扰，其峰值大大下降。调制频率法是在锯齿波中加人调制波(白噪声)，在产生干扰的离散频段周围形成边频带，将干扰的离散频带调制展开成一个分布频带。这样，干扰能量就分散到这些分布频段上。在不影响变换器工作特性的情况下，这种控制方法可以很好地抑制开通、关断时的干扰。采用软开关技术开关电源的干扰之一是来自功率开关管通/断时的du/dt，因此，减小功率开关管通/断的du/dt是抑制开关电源干扰的一项重要措施。而软开关技术可以减小开关管通/断的du/dt。如果在开关电路的基础上增加一个很小的电感、电容等谐振元件就构成辅助网络。在开关过程前后引人谐振过程，使开关开通前电压先降为零，这样就可以消除开通过程中电压、电流重叠的现象，降低、甚至消除开关损耗和干扰，这种电路称为软开关电路。根据上述原理可以采用两种方法，即在开关关断前使其电流为零，则开关关断时就不会产生损耗和干扰，这种关断方式称为零电流关断;或在开关开通前使其电压为零，则开关开通时也不会产生损耗和干扰，这种开通方式称为零电压开通。在很多情况下，不再指出开通或关断，仅称零电流开关和零电压开关，基本电路如图3和图4所示。图3零电压开关谐振电路图4零电流开关谐振电路通常采用软开关电路控制技术，结合合理的元器件布局及印制电路板布线、接地技术，对开关电源的EMI干扰具有一定的改善作用。采用电磁屏蔽措施一般采用电磁屏蔽措施都能有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。开关电源的屏蔽措施主要是针对开关管和高频变压器而言。开关管工作时产生大量的热量，需要给它装散热片，从http://而使开关管的集电极与散热片间产生较大的分布电容。因此，在开关管的集电极与散热片间放置绝缘屏蔽金属层，并且散热片接机壳地，金属层接到热端零电位，减小集电极与散热片间藕合电容，从而减小散热片产生的辐射干扰。针对高频变压器，首先应根据导磁体屏蔽性质来选择导磁体结构，如用罐型铁芯和El型铁芯，则导磁体的屏蔽效果很好。变压器外加屏蔽时，屏蔽盒不应紧贴在变压器外面，应留有一定的气隙。如采用有气隙的多层屏蔽物时，所得的屏蔽效果会更好。另外，在高频变压器中，常常需要消除初、次级线圈间的分布电容，可沿着线圈的全长，在线圈间垫上铜箔制成的开路带环，以减小它们之间的祸合，这个开路带环既与变压器的铁芯连接，又与电源的地连接，起到静电屏蔽作用。如果条件允许，对整个开关电源加装屏蔽罩，那样就会更好地抑制辐射干扰。开关电源设计后EMI的实际整改策略--传导部分1MHZ以内以差模干扰为主1、150KHZ-1MHz，以差模为主，1-5MHz，差模和共模共同起作用，5MHz以后基本上是共模。差模干扰的分容性藕合和感性藕合。一般1MHZ以上的干扰是共模，低频段是差摸干扰。用一个电阻串个电容后再并到Y电容的引脚上，用示波器测电阻两引脚的电压可以估测共模干扰；2、保险过后加差模电感或电阻；3、小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。4、前端的π型EMI零件中差模电感只负责低频EMI，体积別选太大(DR8太大，能用电阻型式或DR6更好)否則幅射不好过，必要时可串磁珠，因为高频会直接飞到前端不会跟着线走。5、传导冷机时在0.15-1MHZ超标，热机时就有7DB余量。主要原因是初级BULK电容DF值过大造成的，冷机时ESR比较大，热机时ESR比较小，开关电流在ESR上形成开关电压，它会压在一个电流LN线间流动，这就是差模干扰。解决办法是用ESR低的电解电容或者在两个电解电容之间加一个差模电感。6、测试150KHZ总超标的解决方案：加大X电容看一下能不能下来，如果下来了说明是差模干扰。如果没有太大作用那么是共模干扰，或者把电源线在一个大磁环上绕几圈,下来了说明是共模干扰。如果干扰曲线后面很好，就减小Y电容，看一下布板是否有问题，或者就在前面加磁环。7、可以加大PFC输入部分的单绕组电感的电感量。8、PWM线路中的元件将主频调到60KHZ左右。9、用一块铜皮紧贴在变压器磁芯上。10、共模电感的两边感量不对称，有一边匝数少一匝也可引起传导150KHZ-3MHZ超标。11、一般传导的产生有两个主要的点：200K和20M左右，这几个点也体现了电路的性能；200K左右主要是漏感产生的尖刺；20M左右主要是电路开关的噪声。处理不好变压器会增加大量的辐射，加屏蔽都没用，辐射过不了。12、将输入BUCK电容改为低内阻的电容。13、对于无Y-CAP电源，绕制变压器时先绕初级，再绕辅助绕组并将辅助绕组密绕靠一边，后绕次级。14、将共模电感上并联一个几Ｋ到几十Ｋ电阻。15、将共模电感用铜箔屏蔽后接到大电容的地。16、在PCB设计时应将共模电感和变压器隔开一点以免互相干扰。17、保险套磁珠。18、三线输入的将两根进线接地的Y电容容量从2.2nF减小到471。19、对于有两级滤波的可将后级0.22uFX电容去掉(有时前后X电容会引起震荡)。20、对于π型滤波电路有一个BUCK电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150KHZ-2MHZ的Ｌ通道有干扰，改良方法是将此电容用铜泊包起来屏蔽接到地，或者用一块小的PCB将此电容与变压器和PCB隔开。或者将此电容立起来,也可以用一个小电容代替。http://BUCK电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150KHZ-2MHZ的Ｌ通道有干扰，改良方法是将此电容用一个1uF/400V或者说0.1uF/400V电容代替,将另外一个电容加大。22、将共模电感前加一个小的几百uH差模电感。23、将开关管和散热器用一段铜箔包绕起来，并且铜箔两端短接在一起，再用一根铜线连接到地。24、将共模电感用一块铜皮包起来再连接到地。25、将开关管用金属套起来连接到地。26、加大X2电容只能解决150K左右的频段，不能解决20M以上的频段，只有在电源输入加以一级镍锌铁氧体黑色磁环，电感量约50uH-1mH。27、在输入端加大X电容。28、加大输入端共模电感。29、将辅助绕组供电二极管反接到地。30、将辅助绕组供电滤波电容改用瘦长型电解电容或者加大容量。31、加大输入端滤波电容。32、150KHZ-300KHZ和20MHZ-30MHZ这两处传导都不过，可在共模电路前加一个差模电路。也可以看看接地是否有问题，该接地的地方一定要加强接牢，主板上的地线一定要理顺，不同的地线之间走线一定要顺畅不要互相交错的。33、在整流桥上并电容，当考虑共模成分时，应该邻角并电容，当考虑差模成分时，应该对角并电容。34、加大输入端差模电感。1MHZ---5MHZ差模共模混合采用输入端并联一系列X电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决。1、对于差模干扰超标可调整X电容量,添加差模电感器，调差模电感量。2、对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制；3、也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107一对普通整流二极管1N4007。4、对于有Y电容的电源，干扰在1M以前以差模为主，2-5M是差模和共模干扰。对于NO-Y来说，情况不一样，1M以前的共模也非常厉害。在前面加很多X电容，滤光差模，改不改变压器对差模没有影响了，如果还有变化，就是共模了。差共模分离的方法：在AC输入端加很多X电容，从小到大，这样可以把差模滤去，剩下的就是共模了，再与总的噪音相比较，就能看出差模的大小。5、绕制变压器时将所有同名端放在一边，可降低1.0MHZ-5.0MHZ传导干扰。6、对于小功率用两个差模电感，减少差模电感匝数可降低传导1.2MHZ干扰。7、加大Y电容，可降低传导中段1MHZ-5MHZ干扰。8、对于无Ｙ电容的开关电源EMI在1MHZ-6MHZ超标，如加了Ｙ电容后EM降下来了的话，就可在变压器初次级间加多几层胶纸。9、将MOS管散热片接MOS管S极。10、在输入端滤波电容上并联小容量高压瓷片或者高压贴片电容。5M---20MHZ以共摸干扰为主，采用抑制共摸的方法。1、对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕2-3圈会对10MHZ以上干扰有较大的衰减作用；2、可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔，铜箔要闭环。3、处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。4、在变压器初级绕组上用一根很细的三重绝缘线并绕一个屏蔽绕组，屏蔽绕组的一端接电http://5、可将共模电感改为一边匝数比另一边多一匝,另其有差模的作用。6、将开关管D极加一小散热片且必需接高压端的负极,变压器的初级起始端连接到MOS管D极。7、将次级的散热片用一个102的Y电容接到初级的L/N线,可降低传导干扰。8、如果加大Ｙ电容传导干扰下来了，则可以改变变压器绕法来改良，可在初次级间加多几层胶带；如果加大Ｙ电容传导干扰未改善，就要改电路可改好不必改变压器绕法。9、将变压器电感量适当加大，可降低RCC开关电源在半载时的传导干扰。10、用变压器次级辅助绕组来屏蔽初级主绕组，比用变压器初级辅助绕组来屏蔽初级主绕组，传导整体要好得多。11、传导整体超标，用示波器看开关管G和D极波形都有重叠的现象，将光藕供电电阻从输出滤波共模电感下穿过接输出正极改接不从大电流下穿过后一切OK。12、在输入端L线和N线各接一681/250V的Y电容，Y电容另外一端接次级地。13、将次级的辅助绕组用来屏蔽初级主绕组，可降低传导3-15MHZ干扰。用次级的辅助绕组来屏蔽初级主绕组，比用初级的辅助绕组来屏蔽初级主绕组传导要好得多。14、在PCB板底层放一层铜片接初级大电容负极。15、将整个电源用一块铜片包起来,铜片接初级大电容负极。16、减小Y电容容量。对于20--30MHZ1、对于一类产品可以采用调整对地Y2电容量或改变Y2电容位置；2、调整一二次侧间的Y1电容位置及参数值；3、在变压器外面包铜箔，变压器最里层加屏蔽层，调整变压器的各绕组的排布。4、改变PCBLAYOUT；5、输出线前面接一个双线并绕的小共模电感；6、在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数；7、在变压器与MOSFET之间加磁珠；8、在变压器的输入电压脚加一个小电容。9、可以用增大MOS驱动电阻。10、可能是电子负载引起的,可改用电阻负载。11、可将MOS管D端对地接一个101的电容。12、可将输出整流二极管换一个积电容小一点的。13、可将输出整流二极管的RC回路去掉。14、将输入端加两个Y电容对地，可降低传导25MHZ-30MHZ干扰。15、紧贴变压器的磁芯上加一铜皮，铜皮连接到地。16、传导后段25MHZ超标可在输出端加共模电感，也可在开关管源极检测电阻上套一长的导磁力合适的磁珠。开关电源设计后EMI的实际整改策略--辐射部分30---50MHZ普遍是MOS管高速开通关断引起，1.可以用增大MOS驱动电阻；2.RCD缓冲电路采用1N4007慢管；3.VCC供电电压用1N4007慢管来解决；4.或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感；5.在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路；6.在变压器与MOSFET之间加BEADCORE；7.在变压器的输入电压脚加一个小电容；http://心LAYOUT时大电解电容，变压器，MOS构成的电路环尽可能的小；9.变压器，输出二极管，输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。50---100MHZ普遍是输出整流管反向恢复电流引起，1.可以在整流管上串磁珠；2.调整输出整流管的吸收电路参数；3.可改变一二次侧跨接Y电容支路的阻抗,如PIN脚处加BEADCORE或串接适当的电阻；4.也可改变MOSFET，输出整流二极管的本体向空间的辐射（如铁夹卡MOSFET;铁夹卡DIODE，改变散热器的接地点）。5.增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射.200MHZ以上开关电源已基本辐射量很小，一般可过EMI标准。开关电源EMI的对策处理小结1、外部构造的屏蔽处理；2、产品外部的电缆线处理；3、产品内部的电缆线处理；4、PCB布线处理；5、开关电源的振荡频率的选择；6、IC型号的选择；7、磁性材料的频率和带宽的选择；8、变压器的选型、绕法和设计；9、散热器的接地方式的处理。
第2篇：开关电源EMC 传导整改总结
三合一主板的传导整改记录
要理解传导干扰测试，首先要清楚一个概念：差模干扰与共模干扰
差模干扰：存在于L-N线之间，电流从L进入，流过整流二极管正极，再流经负载，通过热地，到整流二极管，再回到N，在这条通路上，有高速开关的大功率器件，有反向恢复时间极短的二极管，这些器件产生的高频干扰，都会从整条回路流过，从而被接收机检测到，导致传导超标。
共模干扰：共模干扰是因为大地与设备电缆之间存在寄生电容,高频干扰噪声会通过该寄生电容，在大地与电缆之间产生共模电流，从而导致共模干扰。
下图为差模干扰引起的传导FALL数据，该测试数据前端超标，为差模干扰引起：
下图为开关电源EMI原理部分：
图中CX2001为安规薄膜电容（当电容被击穿或损坏时，表现为开路）其跨在L线与N线之间，当L-N之间的电流，流经负载时，会将高频杂波带到回路当中。此时X电容的作用就是在负载与X电容之间形成一条回路，使的高频分流，在该回路中消耗掉，而不会进入市电，即通过电容的短路交流电让干扰有回路不串到外部。
对差模干扰的整改对策： 1.增大X电容容值
2.增大共模电感感量，利用其漏感，抑制差模噪声（因为共模电感几种绕线方式，双线并绕或双线分开绕制，不管哪种绕法，由于绕制不紧密，线长等的差异，肯定会出现漏磁现象，即一边线圈产生的磁力线不能完全通过另一线圈，这使得L-N线之间有感应电动势，相当于在L-N之间串联了一个电感）
下图为共模干扰测试FALL数据：
电源线缆与大地之间的寄生电容，使得共模干扰有了回路，干扰噪声通过该电容，流向大地，在LISN-线缆-寄生电容-地之间形成共模干扰电流，从而被接收机检测到，导致传导超标（这也可以解释为什么有的主板传导测试时，不接地通过，一夹地线就超标。USB模式下不接地时，电流回路只能通过L-二极管-负载-热地-二极管-N,共模电流不能回到LISN，LISN检测到的噪声较小，而当主板的冷地与大地直接相连时，线缆与大地之间有了回路，此时若共模噪声未被前端LC滤波电路吸收的话，就会导致传导超标）
对共模干扰的整改对策： 1.加大共模电感感量
2.调整L-GND，N-GND上的LC滤波器，滤掉共模噪声
3.主板尽可能接地，减小对地阻抗，从而减小线缆与大地的寄生电容。
第3篇：开关电源差模电流辐射干扰的模拟与分析
开关电源差模电流辐射干扰的模拟与分析（开关电源的电磁干扰问题主要立括传导发射(conducted emiion)干扰和辐射发时(radiated emiion)干扰，电磁兼容中所谓的发射，是指"从源向外发出电磁能的现象"，与一般通信领域中人为的向外发射电磁波不同，开关电源中的发射常常是无意的，如果不加以控制，就会对周围的电子设备产生严重的干扰。随着开关电源的小型化、高频和高功率设计，闭合印制线回路引起的辐射干扰(差模干扰)己成为开关电源的主要辐射干扰源之一，研究闭合印制线回路的辐射规律对减小开关电源的辐射干扰有着重要的意义。
2、建立差模电流的辐射模型：
开关电源利用半导体器件的开和关工作，并以开和关的时间比来控制输出电压的高低，由于其通常工作在20KHz以上的开关频率工作，开关电源内的dv／dt、di／dt很大，产生严重的浪涌电压、浪涌电流和其它各种噪声。图1是典型的开关电源的简图和产生噪声的回路，含有大量高次谐波的噪声通过闭台回路向空间辐射电磁能量，即差模电流的辐对干扰。通常的闭合环形回路的形状都是不规则的，这里我们只讨论一般的模型，如图2所示。
这是一种带有接地平面的正方形的闭合印制线环路，在回路的两端分别接有电压源和阻抗相等的源内阻、负载，当电压信号的频率较高时，这种结构与方环形天线是非常相似的，成为一种严重的辐射源。
3、数值模拟：
对于建立好的模型．可以通过电磁场的数值模拟软件来对其辐射特性进行分析。在这里我们使用Ansoft?的HFSS(High Frequency Structure Simulator)来进行模拟。首先来研究这种闭合印制线回路的面积发生变化时其辐射特性如何发生变化。当差模辐射用小环天线产生的辐射来模拟时，在距离辐射回路为的远场的电场强度为E=131．6 ×106(fSI)(1／r)Sinθ(1)其中f（H2）为回路中电流信号的频率，S(m2)为回路面积，1(A)为电流强度，θ（0）为测量天线与辐射平面的夹角。我们根据图1所示的结构，取正方形闭合回路的边长分别为3cm、4cm、5cm、6cm和7cm进行模拟，信号频率为500MHz。图3(a)和图4分别为模拟得到的差模电流辐射的远场三维方向图(由于闭合回路的边长变化时其远场方向图是非常相似的，此处只给出边长为5cm时的方向图）和S-E曲线，从中可以很明显出由于印制线路板接地平面的存在使得差模辐射功率主要集中在接地平面上方，同时，远区辐射场的电场强度与回路面积呈线性变化关系(本文中的电场强度均指在闭合印制线回路最大辐射方向上的电场强度)，这与式(1)是完全符合的。
4、结果分析：
闭合印制线回路的面积越大，差模电流所产生的辐射干扰就越严重。但是同样面积的闭合印制线回路，如果回路形状发生变化，不再是正方形结构，其产生的辐射干扰效果一样会随着变化，甚至产生相当大的差异。图5显示了当闭合印制线回路的面积保持25cm2不变时，矩形印制线回路源与终端所在的边分别为2cm、3cm、4cm和5cm时差模电流所产生的辐射干扰效果，且在频率为500MHz、1GHz和1．5GHz时分别进行考虑。显然，频率增高，相同结构的闭合印制线回路产生的辐射干扰跟着增强，并且随着频率增高差模电流的辐射能量逐渐向印制线路板的正面"转移"，如图3所示，这是因为频率的增高使得接地平面相对于差模电流信号的电尺寸变大，从而对闭合印制线回路的辐射场产生更大的反射效果。更为重要的是，随着闭合印制线回路由正方形逐渐变化为越来越狭长的矩形，差模电流所产生的辐射干扰显著减小。也就是说，即使闭合印制线回路的面积相同。适当地改变其形状，使之越来越狭长，同样可以减小相同强度的差模电流的辐射干扰。
闭合印制线回路上流过的差模电流产生的辐射干扰在各个极化方向上的分布是不同的。图6是矩形印制线回路的源和终端所在的边为3(回路面积为25)时频率为1．5GHz差模电流的辐射干扰在X、Y、Z方向上的极化分量的三维方向图，从图中可以看到，X和Z方向上的极化分量主要集中于印制板正面的X轴的两侧，而Y方向上的极化分量主要集中于印制板的正上方区域，并且沿Y方向的极化分量最大，分别为X、Y方向极化分量的两倍左右，对于源和终端所在边为2cm、4cm和5cm时的闭合回路也是如此。
根据印制线路板上差模电流的辐射特性，开关电源设计人员在进行印制线路板和机箱内部结构设计的时候可以从以下几个方面来考虑：
1．通过改变闭合印制线回路的形状，使之尽量狭长。可以有效的减小差模电流的辐射干扰水平。
2．根据差模电流在各个极化方向上的辐射水平的不同，尽量使临近印制板上的印制线或元器件在较大辐射水平的极化方向上有最小的电长度，这样可以保证它们耦合到较少的电磁能量。
3．在对机箱内部的电缆进行布线设计时，确保电缆在较大辐射水平的极化方向上的电长度最小，从而使电缆耦合到的电磁能量最小。
4．确定得到最小的机箱对外辐射效果的通风窗或者是观察窗的位置和结构。通风窗或观察窗应尽可能的安装在辐射水平较低的位置，如果通风窗或观察窗是由矩形孔构成的，还应该考虑辐射场在窗口位置的各个方向的极化水平，尽量使矩形孔的长边不在辐射水平最大的极化方向上，以便使从机箱辐射出去的电磁能量最小。
对以上几点进行考虑的时候还要综合其它结构的干扰源的辐射效果，比如继电器、散热器和电缆产生的辐射干扰，而这些都是可以通过数值或者是解析的方法得到的。
5、结论：
从对开关电源差模电流的辐射干扰进行电磁场数值模拟的结果可以看出，差模电流的辐射干扰随着闭合回路的面积增加而增强，并呈线性变化，频率的增高也使差模电流的辐射能量更集中于接地平面的上方。更为重要的是，相同面积的闭合回路，回路的形状越来越狭长，差模电流引起的辐射干扰就越来越小。同时，差模电流的辐射干扰在各个极化方向上有不同的分布。这些差模电流的辐射特性可以作为进行开关电源印制线路板设计和机箱内部的电磁兼容性设计的依据。
第4篇：开关电源噪声的产生与抑制措施
1 噪声的种类
开关电源无论在体积、重量和效率方面都有显著的优点，已得到广泛的应用。但开关电源最大缺点是容易产生噪声。噪声的产生一般可分为两大类：一是开关电源内部元件形成的干扰；二是由于外界因素影响而使开关电源产生的干扰，这涉及到人为因素和自然界的因素。
1．1 输出脉动噪声
主要是在输出端出现的脉冲干扰，产生的原因有：由AC输入频率引起的低频脉动电压；开关电源频率引起的高次谐波脉动电压；开关接通、断开时的尖峰噪声；对上述噪声的振幅最大值可用同轴电缆接到示波器上来观察测定。
1．2 辐射电场强度
开关电源产生的噪声会辐射到空间。辐射噪声的测定方法是：接好天线，开启仪器（场强仪等），用天线接收直射波与反射波。被测电源放在非金属的实验台上以360°来回转动，天线以上下1～4m距离移动以检测最大值。测试以垂直与水平两个方向来测定。
1．3 外来突变电压
外来突变电压干扰可用噪声模拟器检测。在输入交流线上同时注入同相杂音（注入电压据开关电源种类而定）。两者相位以90°、270°为最合适。确认在这外来突变电压的作用下，输出直流电压有无变动，并观察保护装置等是否产生误动作。
1．4 雷电冲击耐压实验
使用雷电冲击发生器，以保险丝以外的元件不损坏为原则，看一看输出电压的变动是否超过附加电压的规定。
2 噪声产生源 2．1 开关管
开关功率管及其散热器与外壳和电源内部的引线间存在分布电容。当开关管流过大的脉冲电流时，大体上形成了矩形波，该波形含有许多高频成份。由于开关电源使用的元件参数如开关功率管的存储时间，输出级的大电流，开关整流二极管的反向恢复时间，会造成回路瞬间短路，产生很大短路电流。凡有短路电流的导线及这种脉冲电流流经的变压器和电感产生的电磁场形成噪声源。
2．2 二极管的恢复特性
PN型硅二极管用作高频整流时，正向电流蓄积的电荷在加上反向电压时不能立即消除（因载流子的存在，还有电流流过）。一旦这个反向电流恢复时的电流斜率过大，流过线圈的电感就产生了尖峰电压。
2．3 变压器
开关电源中的变压器，用作隔离和变压。但在高频的情况下，它的隔离是很不完全的，变压器层间的分布电容使开关电源中的高频噪声很容易在初次级之间传递。变压器对外壳的分布电容形成另一条高频通路，而使变压器周围产生的电磁场更容易在其它引线上耦合形成噪声。
2．4 电容、电感器和导线
开关电源由于工作在较高频率，会使低频的元器件特性发生变化，由此产生噪声。3 消除噪声的主要方法
消除噪声应主要从以下三个部位入手：产生噪声的部件、传播噪声部位、公共结合部分。3．1 控制，消除噪声源
（1）由整流二极管的反向恢复时间引起的电流尖峰，不仅增加了二极管本身的功耗，使开关功率管产生电流尖峰，增加导通时的损耗，而更重要的是容易产生噪声。所以必须尽量采用反向恢复时间短的整流二极管，如肖特基二极管，pin结低损耗高速整流管。
（2）为了提高开关电源的效率应尽可能减少开关功率管的导通时间和关断时间。但随着开关频率和开关速度的提高，电源的噪声也将随之增加。所以，必须适当控制开关功率管的开关时间来限制噪声。
①在开关管的基极与发射极或集电极与基极间并联小容量电容，减缓基极信号的变化速率。
②在开关管集射极间并联RCD网络，可增加集电极电压的上升时间。
③在开关管集电极回路串联LRCD网络，L可限制集电极电流的上升速度。并联于电感L两端的RCD回路能防止电路引起振荡。
3．2 不使噪声传播
滤波器的滤波、元件的屏蔽等使噪声不至溢出。
（1）线路滤波器
雷电冲击等的自然噪声，开关的关闭等引起的人为噪声，会从交流输入端侵入到开关电源。为了防止开关电源的误动作，以及发生在开关电源内部的噪声不从输入端泄漏出去，可在输入端接入线路滤
波器。电路中Cx电容一般取0.1～0.47μF，Cy电容取1000～4700pF，共模扼流圈的电感可选择2mH左右。
（2）屏蔽
（a）开关管的屏蔽
开关管及输出整流二极管常加上散热板或通过框架进行散热，从而使晶体管集电极，二极管的负极与散热板间产生较大的电容量。由于那里进行数百伏电压的变化，共模噪声就发生了。所以在开关管的集电极，二极管的负极与散热板间放置绝缘金属板，能取得防止噪声发生的效果。
（b）变压器的屏蔽
对于变压器，为了达到传送电力的目的，除了符合线路规定的指标以外，还要求泄漏的磁通小，线圈间的层间电容量小。为此，可减少空隙，选用理想衬垫，线圈间进行静电屏蔽。为了防止变压器磁通泄漏，还应在外围用铜箔带卷好，来进行电磁场屏蔽。
3．3 开关电源的接地
（1）接地方式
正确的接地可消除各路电流流经公共地线产生的噪声，避免受磁场和地电位差的影响。
（2）扭转线
1500W以上的电源中，印板引出线较多。由于这些导线的往复，回线内磁通的变化会导致噪声的变化。一旦把二根电缆线绞在一起，不仅使线的占积率减少，而且由于反向脉冲电流流过电缆，可防止磁通的变化。
4 结束语
抑制开关电源的噪声是开发应用开关电源的一个重要课题，为了有效地抑制和降低开关电源的噪声干扰，除了上述措施外，还需在其它方面采取措施。如：在印刷电路板设计、元件安装位置与方向，系统整个电路的布局、接线的布置等方面都要有利于减少开关电源的噪声。随着人们对开关电源抗噪声技术的提高，这种电源将会得到更广泛的应用.
