開(kāi)關(guān)電源EMC知識總匯

EMC 發(fā)展的歷史：EMC 其實(shí)是伴隨著(zhù)近代電子產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展而誕生的。到上個(gè)世紀末，隨著(zhù)電子、電氣設備的急劇增加。EMC 已經(jīng)擴展到眾多的領(lǐng)域，可以毫不夸張的說(shuō)：哪里有電子產(chǎn)品，哪里就有EMC問(wèn)題。西方國家對此的要求也越來(lái)越苛刻，EMC 已成為發(fā)展中國家電子產(chǎn)品進(jìn)入西方市場(chǎng)的貿易壁壘之一。

對企業(yè)來(lái)講，不同的EMC設計概念，會(huì )導致不同的成本和時(shí)間上的浪費。

EMC的內容

●基本概念：

★EMC(電磁兼容性)：Electromagnetic Compatibility

★EMI(電磁干擾):Electromagnetic Interference

★EMS(電磁抗擾性)：Electromagnetic　Susceptibility

★ESD（靜電）：Electrostatic Discharges

★RS（輻射抗干擾）：Radiated Susceptibility

★EFT(電快速瞬變脈沖群)：Electronic fast transients

★SURGE(雷擊浪涌)

★CS(傳導抗干擾)：Conducted Susceptibility

●EMC =EMI +EMS

★EMI = Conduction（ Harmonic） +Radiation

★EMI 三要素：下為系統級的，請大家想想PCB級的。

開(kāi)關(guān)電源 EMI 探討

●EMI 產(chǎn)生的根源：

★第一、開(kāi)關(guān)電源的最大缺點(diǎn)是因切換動(dòng)作（TURN-ON或TURN OFF）產(chǎn)生雜訊電壓為其雜訊源。因切換動(dòng)作的波形為方波，而方波含有很多高次諧波。（ dv/dt）

★第二、由于開(kāi)關(guān)電晶體的非線(xiàn)性及二極體的反向恢復特性，電流作快速的非線(xiàn)性變化引起雜訊。（di/dt）

●EMI的傳播方式和途徑：

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

★共模信號：干擾信號電流的在兩條回路的導線(xiàn)上的電流方向相對大地是相同的信號，稱(chēng)為共模信號，見(jiàn)下左圖；

★差模信號：干擾信號電流的在兩條回路的導線(xiàn)上的電流方向相對大地是相反的信號，稱(chēng)為差模信號，見(jiàn)下右圖。

●常用低通濾波結構的劃分

●電源輸入濾波器的設計：

★共模差模分開(kāi)設計（以π型為例）

★濾波器共模部分設計

★濾波器差模部分設計

●濾波器的安裝：

●共模電感的繞制

共模扼流圈中的負載電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互抵銷(xiāo)，因此磁芯不會(huì )飽和。

●磁珠阻抗

注意：共模電感和磁珠 需要測量溫升!!

EMI 分析舉例

Flyback 架構EMI 分析

●Flyback架構的高頻等效模型

●Noise 源：

大的di/dt和dv/dt 產(chǎn)生的地方，對Flyback架構來(lái)說(shuō)，會(huì )產(chǎn)生這些變化的主要有：

★變壓器TX1；

★MOSFET Q1 ；

★輸出二極管D1；

★芯片的RC振蕩；

★驅動(dòng)信號線(xiàn)；

Q1 上 Vds 的波形

MOSFET 動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的Noise ：如 上圖所示，主要來(lái)自三個(gè)方面：

①Mosfet開(kāi)通、關(guān)斷時(shí)，具有很寬的頻譜含量，開(kāi)關(guān)頻率的諧波本身就是較強的干擾源。

②關(guān)斷時(shí)的振蕩 1產(chǎn)生較強的干擾。

③關(guān)斷時(shí)的振蕩 2產(chǎn)生較強的干擾。

開(kāi)關(guān)管 Q1關(guān)斷，副邊二極管D1導通時(shí)（帶載），原邊的勵磁電感被鉗制，原邊漏感Lep的能量通過(guò)Q1的寄生電容Cds進(jìn)行放電，主放電回路為L(cháng)ep—Cds—Rs—C1—Lep，此時(shí)產(chǎn)生振蕩振蕩的頻率為：

在Lep上的振蕩電壓Vlep迭加在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查規格書(shū)可得Coss=190pF（Coss近似等于Cds）,而此充電板為兩個(gè)管子并聯(lián)，所以Cds=380pF 。由上式可求得f =3.3 MHz，和下圖中的振蕩頻率吻合。

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于振蕩電路的Q值：Q值越大，峰值就越大。Q值小，則峰值小。為了減小峰值，可減小變壓器的漏感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(fā)生在Mosfet Q1關(guān)斷，副邊二極管由通轉向關(guān)斷，原邊勵磁電感被釋放(這時(shí)Cds被充至2Vc1)，Cds和原邊線(xiàn)圈的雜散電容Clp為并聯(lián)狀態(tài)，再和原邊電感Lp（勵磁電感和漏感之和）發(fā)生振蕩。放電回路同振蕩1。振蕩頻率為：

在Lp上的振蕩電壓Vlp迭加在Vc1上，致使Vds=Vc1+Vlp 。量測Lp=0.4mH；Q1為2611，查規格書(shū)可得Coss=190pF（Coss近似等于Cds）,而此充電板為兩個(gè)管子并聯(lián)，所以Cds=380pF；Clp在200KHz時(shí)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(shí)行的改善措施有兩個(gè)：

★1、減小Noise的大??；

★2、切斷或改善傳播途徑。

1.減小Noise 的大?。?/span>

首先考慮以下三個(gè)方面：

①Mosfet、Diode動(dòng)作時(shí)，具有很寬的頻譜含量，開(kāi)關(guān)頻率的諧波本身就是較強的干擾源。

措施：在滿(mǎn)足所要求的效率、溫升條件下，我們可盡量選開(kāi)關(guān)較平緩的管子。而通過(guò)調節驅動(dòng)電阻也可達到這一目的。

②Q1、D1 的振蕩 1會(huì )產(chǎn)生較強的干擾。

措施：

 *對寄生電容Cds、Cj 的處理：在Q1的ds極、二極管的兩端各并上一681小電容，來(lái)降低電路的Q 值，從而降低振蕩的振幅A，同時(shí)能降低振蕩頻率f。需注意的是：此電容的能量1/2Cu2將全部消耗在Q1上，所以管子溫升是個(gè)問(wèn)題。解決的辦法是使用RC snubber, 讓能量 消耗在 R上。同時(shí)R能起到減小振幅的作用。

*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、在變壓器的繞組上加吸收電路。

3、減小Q1 D極到變壓器的引線(xiàn)長(cháng)度。（此引線(xiàn)電感和漏感相迭加）采取上述 措施降低振蕩 1的影響之后得下圖。

③：Q1 D1 上的振蕩 2 會(huì )產(chǎn)生較強干擾。

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

同樣從上面的分析中，可看出Nosie 的傳播途徑主要是通過(guò)變壓器的雜散電容Ctx；

Mosfet/Diode到散熱片的雜散電容Cm/Cd；及散熱片到地的雜散電容Ce等途徑而耦合到LISN被取樣電阻所俘獲

措施一：在Rs的地端和C2的地間接一個(gè)Y電容（４７２）。

原理分析：它的作用是雙重的，一是為Mosfet動(dòng)作產(chǎn)生且串到變壓器副邊的noise 電流（如I4）,提供一個(gè)低阻抗的回路，減小到地的電流。二是為二次側Diode產(chǎn)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(guò)LISN的電流。

其效果如下圖：紅色為：未改善之前；藍色為：采取措施之后

措施二：變壓器加法拉第銅環(huán)：

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

方法之一。

措施三：散熱片接Rs的地端：

目的為了將 散熱片－Ce—地－LISN這一支路 旁路掉，從而減小到地的電流。其效果如下圖：可看出，在低頻時(shí)較有效；在高頻時(shí)， 效果不明顯，這主要是因為在高頻時(shí)，管腳直接對地的電容已有相當的作用。

紅色為：散熱片未接地；藍色為：散熱片接地

當綜合上述所有措施后，EMI總效果對比如圖所示：

紅色為：未采取措施前；藍色為：綜合上述措施后

國際認證體系簡(jiǎn)介

●歐洲地區 :

認證EMC MarkEMC

Standard分為EMI (電磁干擾測試) & EMS (電磁相容測試) 兩部分：

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

★2. EMS部分為 EN55024 內含7項測試:

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

EN61000-3-2為Harmonic Test (電源諧波測試); 

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 (電子快速脈衝測試);

EN61000-4-5為Surge Test (雷擊測試)

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 (電壓突降測試)

●美洲地區:

認證EEMI Mark FCC (強制性)

Standard FCC Part 15 (EMI 電磁干擾測試)

申請方式

1. Class A 自我認証

2. Class B DOC 自我認証方式

3. Class B 經(jīng)由TCB認証, 取得FCC ID Number