關于開關電源EMI（Electro-Magnetic Interference）的研究，有些從EMI產生的機理出發(fā)，有些從EMI 產生的影響出發(fā)，都提出了許多實用有價值的方案。這里分析與比較了幾種有效的方案，并為開關電源EMI 的抑制措施提出新的參考建議。

　　開關電源電磁干擾的產生機理

　　開關電源產生的干擾，按噪聲干擾源種類來分，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分，可分為傳導干擾和輻射干擾兩種?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：

　　1、二極管的反向恢復時間引起的干擾

　　高頻整流回路中的整流二極管正向導通時有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉向截止時，由于PN結中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化（di/dt）。

　　2、開關管工作時產生的諧波干擾

　　功率開關管在導通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在阻性負載時近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開關時，這種諧波干擾將會很小。另外，功率開關管在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會產生尖峰干擾。

　　3、交流輸入回路產生的干擾

　　無工頻變壓器的開關電源輸入端整流管在反向恢復期間會引起高頻衰減振蕩產生干擾。 開關電源產生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產生電場和磁場。這種通過電磁輻射產生的干擾稱為輻射干擾。

　　4、其他原因

　　元器件的寄生參數(shù)，開關電源的原理圖設計不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。

　　開關電源EMI的特點

　　作為工作于開關狀態(tài)的能量轉換裝置，開關電源的電壓、電流變化率很高，產生的干擾強度較大；干擾源主要集中在功率開關期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開關頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導干擾和近場干擾;而印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。

　　EMI測試技術

　　目前診斷差模共模干擾的三種方法：射頻電流探頭、差模抑制網絡、噪聲分離網絡。用射頻電流探頭是測量差模 共模干擾最簡單的方法，但測量結果與標準限值比較要經過較復雜的換算。差模抑制網絡結構比較簡單，測量結果可直接與標準限值比較，但只能測量共模干擾。噪聲分離網絡是最理想的方法，但其關鍵部件變壓器的制造要求很高。

目前抑制干擾的幾種措施

　　形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備。因而，抑制電磁干擾也應該從這三方面著手。首先應該抑制干擾源，直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑；第三是提高受擾設備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設備之間的耦合通道，它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。

　　采用屏蔽技術可以有效地抑制開關電源的電磁輻射干擾。例如，功率開關管和輸出二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時需要導熱性能好的絕緣片進行絕緣，這就使器件與底板和散熱器之間產生了分布電容，開關電源的底板是交流電源的地線，因而通過器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產生共模干擾，解決這個問題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，割斷了射頻干擾向輸入電網傳播的途徑。為了抑制開關電源產生的輻射，電磁干擾對其他電子設備的影響，可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩，然后將整個屏蔽罩與系統(tǒng)的機殼和地連接為一體，就能對電磁場進行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如，靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場的干擾;電磁屏蔽用的導體原則上可以不接地，但不接地的屏蔽導體時常增強靜電耦合而產生所謂“負靜電屏蔽”效應，所以仍以接地為好，這樣使電磁屏蔽能同時發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點與大地相連，可為信號回路提供穩(wěn)定的參考電位。因此，系統(tǒng)中的安全保護地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后，最終都與大地相連。

　　在電路系統(tǒng)設計中應遵循“一點接地”的原則，如果形成多點接地，會出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當磁力線穿過該回路時將產生磁感應噪聲，實際上很難實現(xiàn)“一點接地”。因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點接地，利用一個導電平面（底板或多層印制板電路的導電平面層等）作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后，再連接到公共參考點上。

　　濾波是抑制傳導干擾的一種很好的辦法。例如，在電源輸入端接上濾波器，可以抑制開關電源產生并向電網反饋的干擾，也可以抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán)，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當?shù)卦O計或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術的重要組成部分。 [!--empirenews.page--]

如何正確選用饋通濾波器

隨著電子設備工作頻率的迅速提高，電磁干擾的頻率也越來越高，干擾頻率通常會達到數(shù)百MHz，甚至GHz以上。由于電壓或電流的頻率越高，越容易產生輻射，因此，正是這些頻率很高的干擾信號導致了輻射干擾的問題日益嚴重。因此，對用來解決輻射干擾的濾波器的一個基本要求就是要能對這些高頻干擾信號有較大的衰減，這種濾波器就是射頻干擾濾波器。普通干擾濾波器的有效濾波頻率范圍為數(shù)kHz數(shù)十MHz，而射頻干擾濾波器的有效濾波頻率范圍從數(shù)kHz到GHz以上。

　　按照傳統(tǒng)方式構造的濾波器不能成為射頻濾波器。這是由于兩個原因：第一個原因是：圖1中的旁路電容寄生電感較大（導致串聯(lián)諧振，增加了旁路阻抗），導致電容器在較高的頻率并不具有較低的阻抗，起不到旁路的作用。第二個原因是：濾波器的輸入端和輸出端之間的雜散電容導致高頻干擾信號耦合，使濾波器對高頻干擾失去作用。解決這個問題的方法是用穿心電容作為旁路電容。穿心電容具有非常小的寄生電感，旁路阻抗非常小，并且由于采用隔離安裝方式，消除了輸入輸出端之間的高頻耦合。

　　本樣本中的各種射頻濾波器都是基于穿心電容制造的，并且安裝方式都是饋通形式的（輸入與輸出被金屬板隔離）。

　　雖然本樣本中的射頻濾波器品種很多，但是每一種型號在設計時都考慮了具體使用場合的要求，使設計師能夠在性能、體積、成本等方面獲得滿意的結果。選擇射頻濾波器需要考慮的因素有：

　　截止頻率：濾波器的插入損耗大于3dB的頻率點稱為濾波器的截止頻率，當頻率超過截止頻率時，濾波器就進入了阻帶，在阻帶，干擾信號會受到較大的衰減。根據使用濾波器的場合不同（信號電纜濾波還是電源線濾波），可以用兩個方法來確定濾波器的截止頻率。在對信號電纜進行濾波時，根據有效信號的帶寬來確定，截止頻率要大于信號的帶寬，這樣才能保證有用信號不被衰減。在對電源線或直流信號線，濾波時，由于有效信號的頻率很低，信號失真的問題不是主要因素，因此主要根據干擾信號的頻率來定，要使干擾頻率全部落在濾波器的阻帶內。濾波器的截止頻率越低，濾波器的尺寸越大，價格越高，因此沒有必要時（干擾的頻率不是很低時），不要盲目選用截止頻率過低的濾波器。

　　插入損耗：指濾波器在阻帶的損耗數(shù)值（dB），每一種濾波器都有一張插入損耗與頻率對應的表格，選用濾波器時，根據干擾信號的頻率和需要衰減的程度確定對插入損耗的要求。需要注意的一點是，產品樣本上給出的插入損耗是在50系統(tǒng)中測量的，實際使用條件如果不是50，插入損耗會有差異。

　　額定電壓：濾波器在正常工作時能夠長時間承受的電壓，要注意正確選用直流和交流品種，在交流應用場合絕對不能使用直流的品種，否則容易發(fā)生擊穿。由于幾乎所有的電磁兼容試驗都有脈沖干擾的項目，因此在選用濾波器時要考慮這種高壓脈沖干擾的作用，耐壓值需要留有一定的富裕量。

　　額定電流：濾波器在正常工作時能夠長時間流過的電流值，額定電流由濾波器的引線直徑決定，線徑越大，額定電流越大。對于濾波器組件，額定電流還與電感線圈的飽和特性有關，當電流超過額定電流時，濾波器的性能會下降。

　　工作溫度范圍：濾波器件能保證預定性能和正常工作時所處的環(huán)境溫度，本樣本中的濾波器件除了特別標出的以外，工作溫度范圍為有-55-+125C。

　　濾波器的體積：濾波器的體積與濾波器的額定工作電壓、工作電流、截止頻率、插入損耗以及制造工藝有關。電氣性能基本相同的濾波器，由于不同的制造工藝而導致不同的體積，電氣性能接近時，體積較大的濾波器價格較低（適合安裝空間較大的場合）。

　　射頻濾波器的安裝方式對濾波器的性能有很大影響。首先射頻干擾濾波器必須以金屬板為隔離板，將濾波器的輸入和輸出隔離開。其次，濾波器要與金屬板之間保持低阻抗的接觸，以保證濾波電容的旁路效果。最好將濾波器安裝在鍍錫或鋅的鋁板或鋼板上。為了保證可靠的連接，一般要在濾波器的安裝法蘭與隔離板之間安裝內齒墊片，而不能使用導電膠之類的物質來達到可靠連接的目的。需要注意的問題是，不同金屬的接觸面之間會發(fā)生電化學腐蝕，導致接觸阻抗增加。有些設備經過一段時間使用后，干擾情況變得嚴重，就是由于濾波器的接地阻抗增加導致的。特別是當濾波器的低頻濾波效果降低時，要考慮這種因素。

　 濾波器類型

　　C 型饋通濾波器

　　是一種避免高頻對地的噪音干擾的低自感應裝置，成本低廉，適合應用于高阻抗源和高負載的場合。

　　L 型濾波器

　　這是款帶有電感元件和電容元件的饋通濾波器，這種濾波器典型用于帶有低阻抗源和高阻抗負載的電路中，反之亦然。注意：其電感元件應當面向低阻抗源。

　　Pi 型濾波器

　　Pi型濾波器是由兩個電容元件和在兩個電容元件之間的一個電感元件組成，對阻抗源和負載均表現(xiàn)為低阻抗。Pi型濾波器比C型，L型結構提供更好的高頻濾波性能。

　　T型濾波器

　　T型濾波器由兩個電感元件和一個電容元件組成。其電路結構表現(xiàn)為從任何一端的輸入均為高阻抗。它和Pi型濾波結構相似，但沒有Pi型濾波器應用廣泛，可應用于開關轉換領域。