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EMI&EMC&EMS 区别什么是电磁干扰(EMI)？电磁干扰EMI是什么意思？ 电磁干扰，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速PCB及系统设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。 所谓“干扰”,指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。第一层意思如雷电使收音机产生杂音,摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花,拿起电话后听到无线电声音等,这些可以简称其为与“BC I”“TV I”“Tel I”,这些缩写中都有相同的“I” 那么EMI标准和EMI检测是EMI的哪部分呢？理所当然是第二层含义,即干扰源,也包括受到干扰之前的电磁能量 EMI与EMS和EMC的区别在哪里？ EMS直译是“电磁敏感度”。其意是指由于电磁能量造成性能下降的容易程度。为通俗易懂,我们将电子设备比喻为人,将电磁能量比做感冒病毒,敏感度就是是否易患感冒。如果不易患感冒,说明免疫力强,也就是英语单词Immunity,即抗电磁干扰性强。 EMC直译是“电磁兼容性”。意指设备所产生的电磁能量既不对其它设备产生干扰,也不受其他设备的电磁能量干扰的能力。 EMC这个术语有其非常广的含义。如同盲人摸象,你摸到的与实际还有很大区别。特别是与设计意图相反的电磁现象,都应看成是EMC问题。 电磁能量的检测、抗电磁干扰性试验、检测结果的统计处理、电磁能量辐射抑制技术、雷电和地磁等自然电磁现象、电场磁场对人体的影响、电场强度的国际标准、电磁能量的传输途径、相关标准及限制等均包含在EMC之内。 开关电源EMI滤波器原理与设计研究 摘要：在开关电源中，EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显著的作用。在研究滤波 器原理 的基础上，探讨了一种对共模、差模信号进行独立分析，分别建模的方法，最后基于此提出了 一种 EMI滤波器的设计程序。 关键词：开关电源；EMI滤波器；共模；差模 引言 高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于 工业、 国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流 的断续， 这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高 速开关 动作，形成了EMI骚扰源。从已发表的 开关 电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注 入 电网，干扰接入电网的其他设备。 减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少 公共 阻抗；设计合理的缓冲电路；减少电路杂散电容等。除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网 与开 关电源对彼此的噪声干扰。 EMI骚扰通常难以精确描述，滤波器的设计通常是通过反复迭代，计算制作以求逐步逼近设计 要求 。本文从EMI滤波原理入手，分别通过对其共模和差模噪声模型的分析，给出实际工作中设计 滤波 器的方法，并分步骤给出设计实例。 1 EMI滤波器设计原理 在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的dv/dt和di/dt ，因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率范围从开关 工作频 率到几MHz。所以，传导型电磁环境的测量，正如很多国际和国家标准所规定， 频率范围 在0.1530MHz。设计EMI滤波器，就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。 基于 上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。 在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。简言之， EMI滤波 器设计可以理解为要满足以下要求： 1）规定要求的阻带频率和阻带衰减； 2）对电网频率低衰减； 3）低成本。 1.1 常用低通滤波器模型 EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波器。 如图1所示，噪声源等效阻抗为Zsource、电网等效阻抗为Zsink。滤波器指标可 以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现，滤波器传递函数的计算通常在高频下近似，也就是说对 于n阶滤波器，忽略所有k相关项，只取含n相关项。表1列出了几种常见的滤波器 拓扑及其传递函数。特别要注意的是要考虑输入、输出阻抗不匹配给滤波特性带来的影响。 图1 滤波器设计等效电路 表1 几种滤波器模型及传递函数 1.2 EMI滤波器等效电路 传导型EMI噪声包含共模噪声和差模(DM)噪声两种。共模噪声存在于所有交流相线 (L、N)和 共模地(E)之间，其产生来源被认为是两电气回路之间绝缘泄漏电流以及电磁场耦合等；差模噪 声存 在于交流相线(L、N)之间，产生来源是脉动电流，开关器件的振铃电流以及二极管的反向恢复特 性。 这两种模式的传导噪声来源不同，传导途径也不同，因而共模滤波器和差模滤波器应当分别设计。 显然，针对两种不同模式的传导噪声，将其分离并分别测量出实际水平是十分必要的，这将有 利于 确定那种模式的噪声占主要部分，并相应地体现在对应的滤波器设计过程中，实现参数优化。 在文 献6和7中，提供了两种用于区分共模和差模噪声的噪声分离器，他们能有选择地对共模或差 模噪声 至少衰减50dB，因而可有效地测量出共模和差模成分。分离器的原理和使用超出了本文的讨论 范围， 详细内容可见参考文献6和7。 以一种常用的滤波器拓扑图2(a)为例，分别对共模、差模噪声滤波器等效电路进行分析。 图2(b)及图2(c)分别代表滤波器共模衰减和差模衰减等效电路。分析电路可知，Cx1和Cx2只用于 抑制差模噪声，理想的共模扼流电感LC只用于抑制共模噪声。但是，由于实际的LC绕制的不对 称 ，在两组LC之间存在有漏感Lg也可用于抑制差模噪声。Cy即可抑制共模干扰、又可抑制差模噪声 ，只是由于差模抑制电容Cx2远大于Cy，Cy对差模抑制可忽略不计。同样，LD既可抑制共模干扰、 又可抑制差模干扰，但LD远小于LC，因而对共模噪声抑制作用也相对很小。 图2 一种常用的滤波器拓扑 由表1和图2可以推出，对于共模等效电路，滤波器模型为一个二阶LC型低通滤波器，将等效共 模电 感记为LCM，等效共模电容记为CCM，则有 LCM=LC1/2LD CCM=2Cy 对于差模等效电路，滤波器模型为一个三阶CLC型低通滤波器,将等效差模电感记为LDM，等效差 模电容记为CDM，则有 LDM=2LDLg CDM=Cx1=Cx2 LC型滤波器截止频率计算公式为 将式及式代入式，则有 在噪声源阻抗和电网阻抗均确定，且相互匹配的情况下，EMI滤波器对共模和差模噪声的抑制作用， 如图3所示。 2 设计EMI滤波器的实际方法 2.1 设计中的几点考虑 EMI滤波器的效果不但依赖于其自身，还与噪声源阻抗及电网阻抗有关。电网阻抗Zsink通常利用静 态阻抗补偿网络(LISN)来校正，接在滤波器与电网之间，包括电感、电容和一个50电阻，从而保 证电网阻抗可由已知标准求出。而EMI源阻抗则取决于不同的变换器拓扑形式。 以典型的反激式开关电源为例，如图4所示，其全桥整流电路电流为断续状态，电流电压波形 如图5所示。对于共模噪声，图4(b)所示Zsource可以看作一个电流源IS和一个高阻抗ZP并联；图 4(c)中对于差模噪声，取决于整流桥二极管通断情况，Zsource有两种状态：当其中任意两只二极管 导通时，Zsource等效为一个电压源VS与一个低值阻抗ZS串连；当二极管全部截止时，等效为一个 电流源IS和一个高阻抗ZP并联。因而噪声源差模等效阻抗Zsource以2倍工频频率在上述两种状态 切换2。 在前述设计过程中，EMI滤波器元件均被看作是理想的。然而由于实际元件存在寄 生参数，比如电容的寄生电感，电感间的寄生电容，以及PCB板布线存在的寄生参数，实际的高频 特性往往与理想元件仿真有较大的差异。这涉及到EMC高频建模等诸多问题，模型的参数往往较 难确定，所以，本文仅考虑EMI滤波器的低频抑制特性，而高频建模可参看文献8等。故ZS及ZP 取值与这些寄生电容、电感以及整流桥等效电容等寄生参数有关，直接采用根据电路拓扑及参数 建模的方案求解源阻抗难以实现，因而，在设计中往往采用实际测量Zsource。 2.2 实际设计步骤 EMI滤波器设计往往要求在实现抑制噪声的同时，自身体积要尽可能小，成本要尽可能低廉。 同时，滤波效果也取决于实际的噪声水平的高低，分析共模和差模噪声的干扰权重，为此，在设 计前要求确定以下参量，以实现设计的优化。 1）测量干扰源等效阻抗Zsource和电网等效阻抗。实际过程中往往是依靠理论和经验的指导 ，先作出电源的PCB板，这是因为共模、差模的噪声源和干扰途径互不相同，电路板走线的 微小差异都可能导致很大EME变化。 2）测量出未加滤波器前的干扰噪声频谱，并利用噪声分离器将共模噪声VMEASUREE,CM和差模 3）噪声Vmeasure,CM分离，做出相应的干扰频谱。 接着就可以进行实际的设计了，仍以本文中提出的滤波器模型为例，步骤如下。 依照式计算滤波器所需要的共模、差模衰减，并做出曲线Vmeasure，CMf和 Vmeasure， DMf，其中Vmeasure，CM和Vmeasure，DM已经测得，Vstandard，CM和Vstandard， DM可参照传导EMI干扰国标设定。加上3dB的原因在于用噪音分离器的测量值比实际 值要大3dB。 (Vreq,CM)dB=(Vmeasure,CM)(Vstandard,CM)3dB (Vreq,DM)dB=(Vmeasure,DM)(Vstandard,DM)3dB 由图3可知，斜率分别为40dB/dec和60dB/dec的两条斜线与频率轴的交点即为fR,CM和fR， DM。 作Vmeasure，CMf和Vmeasure，DMf的切线，切线斜率分别为40dB/dec和60dB/dec， 比较可知，只要测量他们与频率轴的交点，即可得出fR,CM和fR，DM，图6所示为其示意图。 滤波器元件参数设计 -共模参数的选取 Cy接在相线和大地之间，该电容器容量过大将会造成漏电流过大，安全性降低。 对漏电流要求越小越好，安全标准通常为几百A到几mA。 EMI对地漏电流Iy计算公式为 式中：f为电网频率。 在本例中，Vc是电容Cy上的压降，f=50Hz，C=2Cy，Vc=220/2=110V，则 若设定对地漏电流为0.15mA，可求得Cy2200pF。将Cy代入步骤中求得fR,CM值， 再将fR,CM代入式中可得 -差模参数选取 由式可知，Cx1，Cx2，以及LD的选取没有唯一解，允许设计者有一定的 自由度。 由图2可知，共模电感Lc的漏感Lg也可抑制差模噪声，有时为了简化滤波器，也可以省去LD。 经验表明，漏感Lg量值多为Lc量值的0.52。Lg可实测获得。此时，相应地Cx1、Ccx2 值要更大。 3 结语 本文的论述是基于低通滤波器的低频模型分析。由于实际元件寄生参数的影响，尤其在高频段 更加显著，因而往往需要在第一次确定参数之后反复修正参数，以及使用低ESR和ESL的电容 ，优化绕制磁芯的材料和工艺，逐步逼近要求的技术指标。 由于只涉及到单级滤波器的设计，如LC型滤波器衰减程度只有40dB/dec，当要求衰减程度在 6080dB以上的指标时，往往需要使用多级滤波器。 通用型的EMI滤波器通常很难设计，这是由于不同的功率变换器之间，由于拓扑、选用元件、 PCB布版等原因，电磁环境水平相差很大，再加上阻抗匹配的问题，在很大程度上影响了滤波 器的通用性，所以，滤波器的设计往往需要有针对性，并在实际调试中逐步修正。 (综合电子论坛) 标签： 无标签 开关电源EMI设计小结 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。 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。 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。 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产生高dv/dt，从而导致强电磁干扰。 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 . 传导干扰的传输通道 容性耦合 感性耦合 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 . 辐射干扰的传输通道 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； 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； 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： 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； 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： 减小dv/dt和di/dt 压敏电阻的合理应用，以降低浪涌电压 阻尼网络抑制过冲 采用软恢复特性的二极管，以降低高频段EMI 有源功率因数校正，以及其他谐波校正技术 采用合理设计的电源线滤波器 合理的接地处理 有效的屏蔽措施 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！ 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。 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。 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。为防止该噪声，需要对变压器采取加固措施： 用环氧树脂将磁心的三个接触面进行粘接，抑制相对位移的产生； 用“玻璃珠”胶合剂粘结磁心，效果更好。 摘 要 本文先分析了开关电源产生电磁干扰的机理, ,就目前几种有效的开关电源电磁干扰措施进行了分析比较，并为开关电源电磁干扰的进一步研究提出参考建议。 关键词 开关电源 电磁干扰 抑制措施 耦合 目前，许多大学及科研单位都进行了开关电源EMI的研究，他们中有些从EMI产生的机理出发，有些从EMI 产生的影响出发，都提出了许多实用有价值的方案。这里分析与比较了几种有效的方案，并为开关电源EMI 的抑制措施提出新的参考建议。 一、开关电源电磁干扰的产生机理 开关电源产生的干扰,按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明： 1、二极管的反向恢复时间引起的干扰 高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。 2、开关管工作时产生的谐波干扰 功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。 3、交流输入回路产生的干扰 无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。 开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量,通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。 4、其他原因 元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。 二、开关电源EMI的特点 作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大；干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚；开关频率不高，主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线,具有更大的随意性,这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度. 三、EMI测试技术 目前诊断差模共模干扰的三种方法：射频电流探头、差模抑制网络、噪声分离网络。用射频电流探头是测量差模 共模干扰最简单的方法，但测量结果与标准限值比较要经过较复杂的换算。差模抑制网络结构简单，测量结果可直接与标准限值比较，但只能测量共模干扰。噪声分离网络是最理想的方法，但其关键部件变压器的制造要求很高。 四、目前抑制干扰的几种措施 形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而,抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。 采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如,功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗,为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘,这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容,开关电源的底板是交流电源的地线,因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰,解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射,电磁干扰对其他电子设备的影响,可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体,就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。例如,静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地,但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应,所以仍以接地为好,这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连,可为信号回路提供稳定的参考电位。因此,系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后,最终都与大地相连. 在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声,实际上很难实现“一点接地”。因此,为降低接地阻抗,消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地,利用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地,需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降,可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中,应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后,再连接到公共参考点上。 滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如,在电源输入端接上滤波器,可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰,也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中,还采用很多专用的滤波元件,如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环,它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器,并正确地安装和使用滤波器,是抗干扰技术的重要组成部分。 EMI滤波技术是一种抑制尖脉冲干扰的有效措施,可以滤除多种原因产生的传导干扰。图3是一种由电容、电感组成的EMI滤波器,接在开关电源的输入端。电路中,C1、C5是高频旁路电容,用于滤除两输入电源线间的差模干扰;L1与C2、C4;L2与C3、C4组成共模干扰滤波环节,用于滤除电源线与地之间非对称的共模干扰;L3、L4的初次级匝数相等、极性相反,交流电流在磁芯中产生的磁通相反,因而可有效地抑制共模干扰。测试表明,只要适当选择元器件的参数,便可较好地抑制开关电源产生的传导干扰。 五、目前开关电源EMI抑制措施的不足之处 现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径出发，这确是抑制干扰的一种行之有效的办法，但很少有人涉及直接控制干扰源,消除干扰，或提高受扰设备的抗扰能力，殊不知后者还有许多发展的空间。 六、改进措施的建议 我认为目前从电磁干扰的传播途径出发来抑制干扰，已渐进成熟。我们的视点要回到开关电源器件本身来。从多年的工作实践来看，在电路方面要注意以下几点： (1)印制板布局时,要将模拟电路区和数字电路区合理地分开,电源和地线单独引出,电源供给处汇集到一点;布线时,高频数字信号线要用短线,主要信号线最好集中在板中心,同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。其次，可以根据耦合系数来布线，尽量减少干扰耦合。 (2)印制板的电源线和地线印制条尽可能宽,以减小线阻抗,从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。 (3)器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度,以减小元件分布电感的影响。 (4)在Vdd及Vcc电源端尽可能靠近器件接入滤波电容,以缩短开关电流的流通途径,如用10铝电解和0 1电容并联接在电源脚上。对于高速数字的电源端可以用钽电解电容代替铝电解电容,因为钽电解的对地阻抗比铝电解小得多。 结 论 产生开关电源电磁干扰的因素还很多，抑制电磁干扰还有大量的工作。全面抑制开关电源的各种噪声会使开关电源得到更广泛的应用。 1 引言 开关电源与线性稳压电源相比，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等特广泛用于计算机及外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域。但开关电源的突出缺点生较强的电磁干扰(EMI)。EMI信号既占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐污染电磁环境，对通信设备和电子仪器造成干扰。如果处理不当，开关电源本身就会变成的质量，使之符合有关EMC标准或规范，已成为电子产品设计者越来越关注的问题。 2 开关电源产生EMI的原理 干扰源。随着电子产品的电磁兼容性(EMC)日益受到重视，抑制开关电源的EMI，提高电子开关电源产生EMI的因素较多，其中由基本整流器产生的电流高次谐波干扰和变压器型功换电路产生的尖峰电压干扰是主要因素。它们所以产生于电源装置的内部，是由于开关电和导线以及系统结构、元件布局等而造成的。 中的二级管和晶体管在工作过程中产生的跃变电压和电流，通过高频变压器、储能电感线基本整流器的整流过程是产生EMI最常见的原因。这是因为正弦波通过整流器后不再是单一频电流，而是变成单向脉动电源，此电流波形分解为一直流分量和一系列频率不同的交流分量之和。实验结果表明，较高的谐波(特别是高次谐波)会沿着输电线路产生传导干扰和辐干扰，一方面使接在其前端电源线上的电流波形发生畸变，另一方面通过电源线产生射接收机等产生噪声。 变压器型功率转换电路是实现变压、变频以及完成输出电压调整的部件，是开关稳压电源的核心，主要开关管和高频变压器组成。它产生的尖峰电压是一种有较大辐度的窄脉冲，其频带较宽且谐波比较丰富产生这种脉冲干扰的主要原因是： (1) 开关功率晶体管感性负载是高频变压器或储能电感。在开关管导通的瞬间，变压器初出现很大的电流，它在开关管过激励较大时，将造成尖峰噪声。这个尖峰噪声实际上是者造成干扰，重者有可能击穿开关管。 (2) 由高频变压器产生的干扰。当原来饱和的开关管关断时， 变压器的漏感所产生的反势eL=Ldi/dt会使开关管的集-射极之间出现电压上冲。这是因为开关管从Ton转换到To，由于变压器的漏磁通，致使一部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈，储藏在漏感中这部分能量将和集电极电路中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在关断电压上形成关断电压尖峰，与集电极的电流变化率(di/dt)成正比，与漏感量成正比。这种电源中断会产生与变压器初级接通时一样的磁化冲击电流瞬变，它是一种传导性电磁干扰，既备的安全和经济运行。 响变压器的初级，还会使干扰传导返回配电系统，造成电网谐波电磁干扰，影响其它用电(3) 由输出整流二级管产生的干扰。在输出整流二级管截止时，有一个反向电流，它恢复点的时间与结电容等因素有关。其中能将反向电流迅速恢复到零点的二级管称为硬恢复特率可达几十MHz。 和在开关电源的电路中采取屏蔽、接地、滤波等几种方法。本文仅介绍滤波措施。 3 抑制开关电源EMI的滤波措施 二级管，这种二极管在变压器漏感和其它分布参数的影响下，将产生较强的高频干扰，其对上述开关电源产生的EMI所采取的抑制措施，主要有正确选择半导体元器体、变压器铁芯材滤波技术是抑制干扰的一种有效措施，尤其是在对付开关电源EMI信号的传导干扰和某些干扰方面，具有明显的效果。任何电源线上传导干扰信号，均可用差模和共模干扰信号模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰；共模干扰在导线与地(机壳)之间传输，属于非对干扰。在一般情况下，差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小，共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。因此，欲削弱传导干扰，把EMI号控制在有关EMC标准规定的极限电平以下。 除抑制干扰源以外，最有效的方法就是在开电源输入和输出电路中加装EMI滤波器。开关电源的工作频率约为10100 kHz。EMC很多规定的传导干扰电平的极限值都是从10 kHz算起。对开关电源产生的高频段EMI信号，只3.1 EMI滤波器的结构及工作原理 图1为开关电源EMI滤波器的基本网络结构。 择相应的去耦电路或网络结构较为简单的EMI滤波器，就不难满足符合EMC标准的滤波效果图 1 开关电源EMI滤波器网络结构 该滤波器是由集中参数元件构成的无源低通网络，其中L1和L2是绕在同一磁环上的2只独为共模电感线圈或共模线圈LCM，L3、L4是独立的差模抑制电感。如果把该滤波器一端接入干负载端接被干扰设备，那么L1和CY，L2和CY就分别构成L-E和N-E两对独立端口间的低通来抑制电源线上存在的共模EMI信号，使之受到衰减，被控制到很低的电平上。 共模滤波网络结构等效电路如图2所示，它由LCM和CY组成。图中右边是开关电源的共模噪声等电路，并联电容CP包括开关管集电极和地之间的分布电容，高频变压器和次级间的分布电 RP是电流源的并联电阻。开关电源共模噪声等效电路的源内阻ZSMPS是高阻抗容性的。 图 2 共模滤波网络结构 图1中，L1，L2两个线圈所绕匝数相同、绕向相反，使滤波器接入电路后，两只线圈内电的磁通在磁环内相互抵消，不会使磁环达到磁饱和状态，从而使用两只线圈的电感值保是，由于种种原因，如磁环的材料不可能做到绝对均匀，两个线圈的绕制也不可能完全对称等得L1和L2的电感量是不相等的，于是，(L1L2)形成差模电感LDM，它和L3与L4形成的独EMI信号。 抑制电感与Cx电容器又组成L-N独立端口间的一只低通滤波器，用来抑制电源线上存在的 差模干扰信号等效电路如图3所示。它由高阻抗干扰等效电路和低阻抗干扰等效电路两部中，开关S表示桥式整流二极管导通与否，因此高低两个等效电路是不能同时存在的；RS是分是分布电感，数值都很小。为与共模情况区别，RP和CP用RP和CP表示。 图 3 开关电源EMI差模信号等效电路 差模EMI信号滤波网络结构等效电路如图4所示。LDM是差模电感，包含共模线圈形成的差CLL2，其数值的选择使滤波网络与负载构成失配状态。 感和独立的差模抑制电感；CLL是滤波网络选用的并联电容。图4(b)与图4(a)相比，增加图 4 差模滤波网络结构 由于图1电路是无源网络，它具有互易性。当它安装在系统中后，既能有效地抑制电子设两组共模EMI信号和一组差模EMI信号的作用。 3.2 EMI滤波器选用与安装 的EMI信号传入设备，又能大大衰减设备本身工作时产生的EMI信号传向电网，起到同时衰开关电源EMI滤波器中的4只电容器用了2种不同的下标“X”和“Y”，不仅说明了它们在滤波中的作用，还表明了它们在滤波网络中的安全等级。无论是选用还是设计EMI滤波器，都地考虑CX和CY的安全等级。在实际应用中，CX电容接在单相电源线的L和N之间，它上面除电源额定电压外，还会迭加L和N之间存在的EMI信号峰值电压，因此要根据EMI滤波器的应合和可能存在的EMI信号峰值，正确选用适合安全等级的CX电容器。CY电容器是接在电源L、N与金属外壳(E)之间，对于220 V，50 Hz电源，它除符合250 V峰值电压的耐压要求外要求这种电容器在电气和机械性能方面具有足够的安全余量，以避免可能出现的击穿短路EMI滤波器是具有互易性的，即把负载接在电源端还是负载端均可。在实际应用中，为达抑制EMI信号的目的，必须根据滤波器两端将要连接的EMI信号源阻抗和负载阻抗来选择该EMI信号会在其输入和输出端产生反射，增加对EMI信号的衰减。其信号的衰减A与反射系为： A=10 lg(12) 器的网络结构和参数。当EMI滤波器两端阻抗都处于失配状态时，图5中ZSZin、ZLZo图 5 滤波器工作原理 信号衰减最大。 电磁兼容设计的目的是在网络结构符合最大失配的原则下，尽可能合理选择元器件参数，在使用开关电源滤波器时，要注意滤波器在额定电流下的电源频率。在安装滤波器时，要特别注意滤波输入导线与输出导线的间隔距离，不能把它们捆在一起走线，否则EMI信号很容易从输入线上耦合线上，会大大降低滤波器的抑制效果。