開（kāi）關電源EMC知識（shí）總匯

EMC 發展的曆（lì）史：EMC 其實是伴（bàn）隨著近代電子產業（yè）的飛速（sù）發展而誕生的。到上個世紀末，隨著電子、電氣設備的急劇增加。EMC 已經擴展到眾多的領域，可以毫不誇張的說：哪裏有電子產品，哪裏就有EMC問題。西方國家對此的要求也越來越苛刻，EMC 已成為發展中國家電子產品進入西方市場的貿（mào）易壁壘之一。

對企業來講，不同的EMC設計概念，會導致不同的成本和時（shí）間（jiān）上的浪費。

EMC的（de）內容

●基本概（gài）念：

★EMC(電磁兼（jiān）容性)：Electromagnetic Compatibility

★EMI(電磁幹擾):Electromagnetic Interference

★EMS(電磁（cí）抗擾性)：Electromagnetic　Susceptibility

★ESD（靜電）：Electrostatic Discharges

★RS（輻射抗幹擾（rǎo））：Radiated Susceptibility

★EFT(電快速瞬變脈衝群)：Electronic fast transients

★SURGE(雷擊浪湧)

★CS(傳導（dǎo）抗幹擾)：Conducted Susceptibility

●EMC =EMI +EMS

★EMI = Conduction（ Harmonic） +Radiation

★EMI 三要素：下為係（xì）統級的，請大家想想PCB級的（de）。

開關電源 EMI 探討

●EMI 產生的根源：

★第一、開關電源的最大缺點是因切換動作（TURN-ON或TURN OFF）產生雜訊電壓為其雜訊源。因切換動作的波（bō）形為方波，而方（fāng）波含有很多高次諧波。（ dv/dt）

★第二（èr）、由於開關電晶體的非線性及二極體的反向恢複特性，電流作（zuò）快速（sù）的非線（xiàn）性變化引起雜訊。（di/dt）

●EMI的傳播方式和途徑：

★EMI幹擾信號按其特性可分為共模信號（COMMON MODE）和差模信號（DIFFERENTIAL MODE）。

★共模（mó）信號：幹擾信號電流（liú）的在兩條回路的導線上的電（diàn）流方向相對大地是相同的信號，稱為（wéi）共模（mó）信號，見下左圖（tú）；

★差模（mó）信號：幹擾信號電流的在兩條回路（lù）的導線上的電流方向相對大地（dì）是（shì）相反的信號，稱為差模（mó）信號，見下右圖（tú）。

●常用低通濾波結構的劃分

●電源輸入濾波器的設計（jì）：

★共模差模分開設計（以π型為例）

★濾（lǜ）波器共模部分設計

★濾波器差模（mó）部分設計

●濾波器的安裝：

●共模電感的（de）繞製

共模扼流圈中（zhōng）的負載電流產生的磁場相互抵銷，因此磁芯不會飽和。

●磁珠阻抗

注意：共（gòng）模電感和磁（cí）珠 需要測量溫升!!

EMI 分析舉例

Flyback 架構EMI 分析

●Flyback架（jià）構的高頻等效模型

●Noise 源（yuán）：

大（dà）的（de）di/dt和dv/dt 產生的（de）地方，對Flyback架（jià）構來說，會產生這些變化（huà）的主要有：

★變壓器TX1；

★MOSFET Q1 ；

★輸出二極管D1；

★芯片的RC振蕩；

★驅動信號線；

Q1 上 Vds 的波形

MOSFET 動作（zuò）時產生的Noise ：如（rú） 上圖所示（shì），主要來自三個方麵：

①Mosfet開通、關斷時，具有很寬的頻譜含量，開關頻率的諧波本身（shēn）就是較強的（de）幹擾源。

②關斷時的振蕩 1產生較強的幹擾。

③關斷時（shí）的振蕩 2產生較強的幹擾。

開關管 Q1關斷，副邊二極管D1導通（tōng）時（帶載），原邊的勵磁電感被鉗製，原邊漏感Lep的能量通過Q1的寄生電容Cds進行放電，主放（fàng）電回路為Lep—Cds—Rs—C1—Lep，此時產生振（zhèn）蕩振蕩（dàng）的頻率為：

在Lep上的振蕩電壓Vlep迭（dié）加在2Vc1上，致使Vds=2Vc1+Vlep 。振蕩的強弱，將決定我們選取的管子的耐壓值、電路的穩定性。

量測Lep=6.1uH, Q1為2611查規（guī）格書可得Coss=190pF（Coss近似等於（yú）Cds）,而此充電板為兩個管子並聯，所以Cds=380pF 。由上式可求得f =3.3 MHz，和下圖（tú）中的振蕩頻率吻合。

從圖中可看出 此振蕩是一衰減的振蕩波，其初始的振蕩峰值決定於振蕩電路的Q值：Q值越大，峰（fēng）值就越大。Q值小，則峰值小。為了減小（xiǎo）峰（fēng）值，可減小（xiǎo）變壓器的漏感Lep,加大Cds和電路的阻抗R。而加入Snubber電路是 極有效之方法。

振蕩2發生在Mosfet Q1關斷，副邊二極管由通轉向關斷（duàn），原邊勵磁電感被釋放(這時Cds被充至2Vc1)，Cds和原邊線（xiàn）圈（quān）的雜散電容Clp為並（bìng）聯狀態，再和原邊電感（gǎn）Lp（勵磁電感和漏（lòu）感（gǎn）之和）發生振蕩。放電回路同振蕩1。振蕩頻率為：

在（zài）Lp上的振蕩電壓Vlp迭加在Vc1上（shàng），致使Vds=Vc1+Vlp 。量測Lp=0.4mH；Q1為2611，查規格書可得（dé）Coss=190pF（Coss近似等於（yú）Cds）,而此充電板為兩個管子並聯，所以Cds=380pF；Clp在200KHz時測得為Clp=1.6nF。由上式可求得：f =178.6KHz，和下圖中190.5K吻合。

●我們可實行的改善（shàn）措施有兩（liǎng）個：

★1、減（jiǎn）小（xiǎo）Noise的大小；

★2、切斷或改善傳播途徑。

1.減小Noise 的大（dà）小：

首（shǒu）先考慮（lǜ）以下三個方麵：

①Mosfet、Diode動（dòng）作時，具有很寬的頻譜含量（liàng），開關頻率的諧波本身就是較強的幹擾源。

措施：在滿足所要求（qiú）的效率（lǜ）、溫升條件下，我們可盡量選開關較平緩的管子。而通過調節驅動電阻也可達到這一目的。

②Q1、D1 的振蕩 1會產生較強的（de）幹擾。

措施（shī）：

 *對寄生電容（róng）Cds、Cj 的（de）處（chù）理：在Q1的ds極、二極管的（de）兩端各並上一681小電容，來降低電路的Q 值（zhí），從而降低振蕩的振幅A，同時（shí）能降低振蕩頻（pín）率f。需注意的是：此電容（róng）的能（néng）量1/2Cu2將全部消耗在Q1上，所（suǒ）以管子溫升是個問題。解決的辦法是使用RC snubber, 讓能量 消耗（hào）在（zài） R上。同時R能起到減小振幅的作用（yòng）。

*對變壓器的漏感Le的處理：

1、變壓器采用 三明治 繞法，以減小漏感。

2、在變壓器的繞組上（shàng）加吸（xī）收電路。

3、減小Q1 D極到變壓器（qì）的引線長度。（此引線電感和漏感相（xiàng）迭加）采取上述 措施降低振蕩 1的影（yǐng）響之後得下圖。

③：Q1 D1 上的振蕩 2 會產生較（jiào）強幹擾。

分析方法和②相同，但此時 電感已變得很大了（主要為為勵磁電感），因此漏感和引線電（diàn）感對③的影響相對較小。

同樣從上（shàng）麵的分析中（zhōng），可（kě）看出Nosie 的傳播（bō）途徑主要是通過變壓（yā）器的雜散電容Ctx；

Mosfet/Diode到散（sàn）熱片的雜散電容Cm/Cd；及散熱片到地的雜散電容Ce等途徑（jìng）而耦合到LISN被取樣電阻所俘（fú）獲

措施一：在Rs的地（dì）端和C2的地間接一個Y電容（róng）（４７２）。

原理分析（xī）：它的作用是雙重的，一是為（wéi）Mosfet動作產生且串到變壓器副邊的noise 電流（如I4）,提供一個低阻抗的回路（lù），減（jiǎn）小到地的電流（liú）。二是為二次側Diode產生的且串到變壓器原邊的noise 電流提供低阻抗回路，從而減小流過LISN的電流。

其效果如下圖：紅色為：未（wèi）改善之前；藍色為：采取措（cuò）施之後

措施二：變壓器加法拉第銅（tóng）環（huán）：

變壓器是Noise傳播的主要通道之一，其中（zhōng）初級線圈和次級線圈間雜散電容Ctx是重要因素。而在變壓器（qì）內部加法（fǎ）拉第銅環是減小Ctx 的有效的

方法之一。

措施三：散熱片接Rs的地端：

目的（de）為了將 散熱片－Ce—地－LISN這（zhè）一支路 旁路掉，從而減小到地的電（diàn）流。其（qí）效果如下（xià）圖：可看出，在低頻時較有（yǒu）效；在高頻時， 效果不（bú）明顯，這主要是因為在高頻時，管腳直接對地的電容已（yǐ）有相當的作用。

紅色（sè）為：散熱片未接地；藍色為：散（sàn）熱片接（jiē）地

當綜合上述所（suǒ）有措施後，EMI總效果（guǒ）對（duì）比如圖所（suǒ）示（shì）：

紅色為：未采取措施前；藍色為：綜合上述措施後

國（guó）際認證體係簡介

●歐洲地區 :

認證EMC MarkEMC

Standard分為EMI (電磁幹擾測試) & EMS (電磁相容測試) 兩部（bù）分：

★1. EMI部分為 EN55022, EN61000-3-2, EN61000-3-3；

★2. EMS部分為 EN55024 內含7項測試（shì）:

EN55022為Radiation Test & Conduction Test (傳導 & 幅（fú）射測試); 

EN61000-3-2為Harmonic Test (電源（yuán）諧波測試); 

EN61000-3-3為Flicker Test (電壓變動（dòng）測試)

EN61000-4-2為ESD Test (靜電測試); 

EN61000-4-3為RS Test EN61000-4-4為EFT Test (電子（zǐ）快速脈衝測試);

EN61000-4-5為Surge Test (雷擊（jī）測試)

EN61000-4-6為CS Test (傳導耐受度測試);

EN61000-4-8為PFMF Test EN61000-4-11為DIP Test (電壓突降（jiàng）測試（shì）)

●美洲地區:

認證EEMI Mark FCC (強製性)

Standard FCC Part 15 (EMI 電磁（cí）幹（gàn）擾測試)

申請方式（shì）

1. Class A 自我認証

2. Class B DOC 自我認証方式

3. Class B 經由TCB認証, 取得FCC ID Number