开关电源 EMI 防治秘籍:22 条实用措施大揭秘

出处:网络整理 发布于:2025-07-15 16:56:48

开关电源作为工作于开关状态的能量转换装置,在电子设备中应用广泛。然而,其电压、电流变化率很高,产生的干扰强度较大,这给电子设备的正常运行带来了潜在威胁。开关电源的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频变压器,相对于数字电路,其干扰源的位置较为清楚。开关频率通常在几十千赫到数兆赫兹之间,主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰。此外,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。

不同频段干扰的特点及解决方法


在不同的频段,开关电源的干扰表现出不同的特点,需要采用相应的解决方法。


  • 1MHz 以内:以差模干扰为主,增大 X 电容就可有效解决。X 电容能够对差模干扰起到滤波作用,减少其对电源系统的影响。
  • 1MHz - 5MHz:差模共模混合,可采用输入端并一系列 X 电容来滤除差模干扰,并分析出是哪种干扰超标后进行针对性解决。在这个频段,需要综合考虑差模和共模干扰的影响,通过合理配置电容来降低干扰。
  • 5MHz 以上:以共模干扰为主,采用抑制共模的方法。例如,对于外壳接地的情况,在地线上用一个磁环绕 2 圈会对 10MHz 以上干扰有较大的衰减。对于 25 - 30MHz 的干扰,可以采用加大对地 Y 电容、在变压器外面包铜皮、改变 PCBLAYOUT、输出线前面接一个双线并绕的小磁环(少绕 10 圈)、在输出整流管两端并 RC 滤波器等方法。
  • 30 - 50MHz:普遍是 MOS 管高速开通关断引起的,可以用增大 MOS 驱动电阻,RCD 缓冲电路采用 1N4007 慢管,VCC 供电电压用 1N4007 慢管来解决。通过调整这些参数,可以降低 MOS 管开关过程中产生的干扰。
  • 100 - 200MHz:普遍是输出整流管反向恢复电流引起的,可以在整流管上串磁珠。在 100MHz - 200MHz 之间,大部分干扰出于 PFC MOSFET 及 PFC 二极管,现在在 MOSFET 及 PFC 二极管串磁珠有效果,水平方向基本可以解决问题,但垂直方向就比较难处理了。

设计开关电源时防止 EMI 的 22 条措施


为了有效防止开关电源产生的 EMI 干扰,在设计过程中可以采取以下 22 条措施:


  1. 减小噪音电路节点的 PCB 铜箔面积:如开关管的漏极、集电极,初次级绕组的节点等。减小这些节点的铜箔面积可以减少干扰的辐射。
  2. 输入输出端远离噪音元件:使输入和输出端远离噪音元件,如变压器线包,变压器磁芯,开关管的散热片等。这样可以避免噪音元件对输入输出信号的干扰。
  3. 噪音元件远离外壳边缘:使噪音元件(如未遮蔽的变压器线包,未遮蔽的变压器磁芯,和开关管等)远离外壳边缘,因为在正常操作下外壳边缘很可能靠近外面的接地线。
  4. 屏蔽体和散热片远离变压器:如果变压器没有使用电场屏蔽,要保持屏蔽体和散热片远离变压器。
  5. 减小电流环面积:尽量减小以下电流环的面积:次级(输出)整流器,初级开关功率器件,栅极(基极)驱动线路,辅助整流器。较小的电流环面积可以减少电磁辐射。
  6. 避免驱动返馈环路与其他电路混在一起:不要将门极(基极)的驱动返馈环路和初级开关电路或辅助整流电路混在一起。
  7. 调整优化阻尼电阻值:调整优化阻尼电阻值,使它在开关的死区时间里不产生振铃响声。振铃响声会产生额外的干扰,需要通过合理调整阻尼电阻来消除。
  8. 防止 EMI 滤波电感饱和:防止 EMI 滤波电感饱和,以保证其滤波效果。
  9. 拐弯节点和次级电路元件远离初级电路屏蔽体或散热片:使拐弯节点和次级电路的元件远离初级电路的屏蔽体或者开关管的散热片。
  10. 摆动节点和元件本体远离屏蔽或散热片:保持初级电路的摆动的节点和元件本体远离屏蔽或者散热片。
  11. 高频输入 EMI 滤波器靠近输入电缆或连接器端:使高频输入的 EMI 滤波器靠近输入电缆或者连接器端,以提高滤波效果。
  12. 高频输出 EMI 滤波器靠近输出电线端子:保持高频输出的 EMI 滤波器靠近输出电线端子。
  13. EMI 滤波器对面的 PCB 板铜箔和元件本体保持距离:使 EMI 滤波器对面的 PCB 板的铜箔和元件本体之间保持一定距离。
  14. 在辅助线圈整流器线路上放电阻:在辅助线圈的整流器的线路上放一些电阻。
  15. 磁棒线圈并联阻尼电阻:在磁棒线圈上并联阻尼电阻。
  16. 输出 RF 滤波器两端并联阻尼电阻:在输出 RF 滤波器两端并联阻尼电阻。
  17. 跨接电容器或电阻:在 PCB 设计时允许放 1nF/500V 陶瓷电容器或者还可以是一串电阻,跨接在变压器的初级的静端和辅助绕组之间。
  18. EMI 滤波器远离功率变压器:保持 EMI 滤波器远离功率变压器;尤其是避免定位在绕包的端部。
  19. 预留屏蔽绕组和 RC 阻尼器位置:在 PCB 面积足够的情况下,可在 PCB 上留下放屏蔽绕组用的脚位和放 RC 阻尼器的位置,RC 阻尼器可跨接在屏蔽绕组两端。
  20. 在开关功率场效应管漏极和门极之间放电容器:空间允许的话在开关功率场效应管的漏极和门极之间放一个小径向引线电容器(米勒电容,10 皮法 / 1 千伏电容)。
  21. 在直流输出端放 RC 阻尼器:空间允许的话放一个小的 RC 阻尼器在直流输出端。
  22. AC 插座与初级开关管散热片保持距离:不要把 AC 插座与初级开关管的散热片靠在一起。
关键词:开关电源

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