在電力電子設備朝著高頻化、小型化發(fā)展的當下，DC/DC 轉(zhuǎn)換器作為能量轉(zhuǎn)換的核心部件，其電磁兼容性(EMC)問題日益凸顯。傳導電磁干擾(EMI)作為 DC/DC 轉(zhuǎn)換器最主要的干擾形式，不僅會影響周邊電子設備的正常工作，還可能導致產(chǎn)品無法通過電磁兼容認證。本文將深入剖析 DC/DC 轉(zhuǎn)換器傳導 EMI 的產(chǎn)生機理、噪聲傳播路徑，并系統(tǒng)闡述濾波技術的設計要點與工程實踐。

一、傳導 EMI 的產(chǎn)生機理與分類

DC/DC 轉(zhuǎn)換器的傳導 EMI 源于開關器件的非線性工作特性。轉(zhuǎn)換器中的功率 MOSFET、二極管等器件在高頻通斷過程中，會產(chǎn)生電壓和電流的急劇變化(di/dt、dv/dt)，這種瞬態(tài)變化會通過電路寄生參數(shù)激發(fā)高頻振蕩，形成電磁噪聲。根據(jù)噪聲的傳播形式，傳導 EMI 可分為差模噪聲(Differential Mode Noise, DMN)和共模噪聲(Common Mode Noise, CMN)兩大類，二者在產(chǎn)生機制和傳播路徑上存在顯著差異。

差模噪聲是指在兩根電源線之間傳播的噪聲，其產(chǎn)生主要與開關器件的電流突變相關。當功率開關管快速導通時，輸入電流會迅速上升，在輸入濾波電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)上形成電壓尖峰;開關管關斷時，電感電流的突變會通過續(xù)流二極管產(chǎn)生反向恢復噪聲，這些噪聲以差模形式疊加在電源線上。差模噪聲的頻率范圍通常在 10kHz-30MHz，波形呈現(xiàn)窄脈沖特征，峰值較高。

共模噪聲則是指兩根電源線相對于大地共同存在的噪聲，其產(chǎn)生機制更為復雜。開關器件的高速開關會在散熱片與地之間、器件封裝與基板之間形成寄生電容，這些寄生電容構(gòu)成了共模電流的流通路徑。此外，變壓器的繞組間寄生電容、輸入輸出線纜的分布電容也會加劇共模噪聲的傳播。共模噪聲的頻率更高，通常在 30MHz-1GHz，且輻射能力強，是影響設備 EMC 性能的關鍵因素。

二、傳導 EMI 的傳播路徑分析

傳導 EMI 的傳播路徑分為差模路徑和共模路徑，明確噪聲的傳播路徑是設計有效濾波方案的前提。

差模噪聲的傳播路徑較為直接：在輸入側(cè)，噪聲通過電源正極→DC/DC 轉(zhuǎn)換器→電源負極的回路傳播，干擾電網(wǎng)或其他并聯(lián)設備;在輸出側(cè)，噪聲通過負載→輸出濾波電容→轉(zhuǎn)換器的回路傳播，影響負載的正常工作。差模噪聲的傳播主要受電路阻抗的影響，當回路阻抗較低時，噪聲更容易傳播。例如，輸入濾波電容的 ESL 過大時，會導致差模噪聲在低頻段的衰減不足。

共模噪聲的傳播路徑更為復雜，通常需要借助寄生參數(shù)形成回路。以反激式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器為例，共模噪聲的產(chǎn)生過程如下：開關管導通時，變壓器初級繞組的電壓突變會通過繞組間的寄生電容耦合到次級繞組;同時，開關管的漏源極電壓突變會通過器件與散熱片之間的寄生電容耦合到大地，形成共模電流。這些共模電流會通過輸入電源線→大地→寄生電容→轉(zhuǎn)換器的回路傳播，或通過輸出線纜的分布電容輻射到空間中。此外，設備的接地方式也會影響共模噪聲的傳播，不合理的接地會形成接地環(huán)路，加劇噪聲干擾。

三、傳導 EMI 的濾波技術與設計要點

針對傳導 EMI 的特性，常用的濾波技術包括差模濾波、共模濾波以及復合濾波，核心器件為差模電感器、共模電感器和 X/Y 電容。

差模濾波的核心是抑制差模噪聲的傳播，主要采用差模電感器和 X 電容。差模電感器串聯(lián)在電源線上，利用其電感阻抗抑制高頻差模電流;X 電容并聯(lián)在電源線之間，通過電容的容抗為差模噪聲提供低阻抗泄放路徑。設計差模濾波電路時，需注意以下要點：一是根據(jù)噪聲的頻率范圍選擇合適的電感和電容參數(shù)，確保在目標頻率段具有足夠的衰減;二是減小差模電感器的直流電阻，降低功耗;三是合理布局，避免差模濾波回路與其他回路形成耦合。例如，X 電容應盡量靠近轉(zhuǎn)換器的輸入端，縮短噪聲泄放路徑。

共模濾波是抑制共模噪聲的關鍵，核心器件為共模電感器和 Y 電容。共模電感器的兩個繞組反向繞制在同一磁芯上，對差模電流呈現(xiàn)低阻抗，對共模電流呈現(xiàn)高阻抗，從而有效抑制共模噪聲;Y 電容并聯(lián)在電源線與大地之間，為共模電流提供泄放路徑。共模濾波電路的設計要點包括：一是選擇磁導率高、飽和磁通密度大的磁芯材料，提高共模電感的抑制能力;二是保證兩個繞組的對稱性，減少差模干擾對共模電感的影響;三是 Y 電容的容量需嚴格遵循安全標準，避免因電容漏電導致觸電風險。此外，共模電感器的繞制工藝也會影響濾波效果，需盡量減小繞組間的寄生電容。

復合濾波電路結(jié)合了差模濾波和共模濾波的優(yōu)勢，適用于同時存在較強差模和共模噪聲的場景。典型的復合濾波電路由共模電感器、X 電容和 Y 電容組成，共模電感器同時抑制共模噪聲和部分差模噪聲，X 電容和 Y 電容分別針對差模和共模噪聲進行補充濾波。在實際應用中，濾波電路的布局至關重要，應遵循 “近場濾波” 原則，將濾波器盡量靠近 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的輸入輸出端，縮短噪聲傳播路徑;同時，避免濾波電路的輸入輸出線纜交叉耦合，減少噪聲的二次輻射。

四、工程應用中的優(yōu)化策略

除了合理設計濾波電路，在工程實踐中還需結(jié)合 PCB 布局、接地設計和器件選型等方面進行綜合優(yōu)化，以提升 DC/DC 轉(zhuǎn)換器的 EMC 性能。

PCB 布局是抑制傳導 EMI 的基礎，關鍵在于減小噪聲源的回路面積。對于開關管、續(xù)流二極管等噪聲源器件，應盡量縮短其連接路徑，減小功率回路的面積，降低 di/dt 帶來的噪聲輻射;輸入輸出濾波電路應與轉(zhuǎn)換器的功率回路隔離，避免噪聲耦合;此外，電源線和地線應采用寬銅箔設計，降低線路阻抗，減少噪聲的傳播。

接地設計需遵循 “單點接地” 或 “星形接地” 原則，避免形成接地環(huán)路。將濾波電路的接地端、轉(zhuǎn)換器的信號地和功率地分開設計，最后匯聚到一點接地，可有效抑制共模噪聲的傳播。同時，接地引線應盡量短且粗，降低接地阻抗，提高噪聲泄放效率。

器件選型對傳導 EMI 的抑制效果也有重要影響。選擇開關速度適中的功率器件，可在保證轉(zhuǎn)換效率的前提下，降低 di/dt 和 dv/dt，從源頭減少噪聲產(chǎn)生;選用低 ESR、低 ESL 的濾波電容，可提高濾波電路的高頻性能;此外，合理選擇變壓器的磁芯材料和繞組結(jié)構(gòu)，減少繞組間的寄生電容，也能有效抑制共模噪聲的耦合。