开关电源电磁兼容的设计
开关电源的电磁兼容性及其设计
开关电源的电磁兼容性及其设计电子世界网来源:未知引言随着电器和电子设备或系统的数量及种类不断增加，使得电磁环境日益复杂。
在复杂的电磁环境中，各种设备或系统能否正常工作，成为一个急待解决的问题，作为各种设备或系统的重要部分开关电源，既是骚扰源，同时又是被干扰者。
大功率开关电源往往是骚扰源。
各种开关电源在工作时，往往要产生一些有用或无用的电磁能量，这些电磁能量会影响其他设备或系统的正常工作，这就是电磁骚扰。
电磁骚扰有可能使开关电源的工作性能下降，甚至使开关电源的使用寿命缩短，或根本无法正常工作。
可见，电磁兼容性设计的目的是使开关电源在预期的电磁环境中实现电磁兼容，其要求是使开关电源满足有关EMC标准的规定并具有如下两方面的能力：一是能在预期的电磁环境中正常工作，不出现性能下降或故障；二是对电磁环境无污染。
关于电磁兼容的几个重要概念电磁环境电磁环境（Electromagnetic Environment）是指设备或系统在正常工作时，可能遇到的辐射或传导电磁发射电平在不同频率范围内功率和时间的分布。
电磁环境有时也可以采用场强表示。
设电磁环境中有N个电磁骚扰源，频率f1点，在敏感设备或系统所在位置上，场强值为式中，Ei（f1）表示编号为i的电磁骚扰源在频率f1点，在敏感设备或系统所在位置上的场强值。
电磁骚扰电磁骚扰（Electromagnetic Disturbance）是指任何可能引起装置、设备或系统性能下降，或者对生命或无生命物产生损害作用的电磁现象。
电磁骚扰是客观存在的一种物理现象，其产生原因可能是外界因素，也可能是本身的变化。
电磁骚扰根据其来源，可分为自然骚扰和人为骚扰两大类。
自然骚扰以其发生源不可控为特点，例如电子噪声、天线噪声、地球外噪声、沉积静电等。
人为骚扰以其发生源可知并且可控为特点。
例如：高频及微波设备、高压设备、火花设备、核电磁脉冲等。
电磁干扰电磁干扰（Electromagnetic Interferenec，简写为EMI）是指电磁骚扰引起的设备、传输通道或系统的有用电磁信号，也可能是某种电磁噪声。
【开关电源设计】电磁兼容设计和测试的案例分析
2009-8-15
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为了说明变压器屏蔽层对抑制共模骚扰的作用，做以下试 验：
根据前图所示结构绕制变压器，并在交流整流滤波后增设 13mH差模滤波电感和6.8uF差模滤波电容，对开关电源 进行传导EMI测试，结果如下图所示。可见，传导EMI非 常严重，不能通过电磁干扰测试。
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处理意见：①将金属螺柱改成塑料螺柱，但存在一个强度 问题；②在塑料机壳的结构上作点变化，以便将金属螺柱 缩短。以上两个处理意见都能满足辐射测试要求 ，但从结 构的强度看，第一个意见稍为差些。
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案例4：开关电源高频变压器的屏蔽问题 开关电源中产生电磁骚扰的根本原因在于存在着电流、电 压的高频急剧变化，其通过导线的传导以及电感、电容的 耦合形成传导的电磁骚扰。 以反激式变换器为例，其的主电路如图所示。输入整流后 的电流为尖脉冲电流，开关开通和关断时变换器中电压、 电流变化率很高，这些波形中含有丰富的高频谐波。另 外，在主开关管开关过程和整流二极管反向恢复过程中， 电路的寄生电感、电容会发生高频振荡，以上这些都是电 磁干扰的来源。
QIANZHENYU
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进一步试验，在交流整流前增设35mH共模滤波电感，传 导EMI测试结果如下图所示，产品可以通过测试。比较测 试结果，可以得出结论：开关电源主要是由于在工作过程 中产生大量共模传导电磁骚扰才使得电源不能通过测试。
2009-8-15
QIANZHENYU
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去掉共模滤波电感，并在变压器中增设如图所示的初级屏 蔽绕组，并将屏蔽绕组抽头与A点（电容Cin正极）相连。 测试结果见后图左。由于在共模传导EMI的模型中输入滤 波电容Cin是短路的，所以将屏蔽绕组抽头与电容Cin负极 （E点）相连，则屏蔽绕组对传导EMI的抑制效果接E点与 A点相连的情况应该是一样的，测试结果如后图右所示。
开关电源电磁兼容分析与设计读书备忘录
《开关电源电磁兼容分析与设计》读书备忘录一、开关电源基础知识在阅读《开关电源电磁兼容分析与设计》我了解到开关电源是电力电子领域的重要组成部分，其主要功能是将交流电源转换为直流电源。
作为电子设备和系统的核心组件之一，开关电源的性能直接影响到整个系统的稳定性和可靠性。
掌握开关电源的基础知识对于从事电磁兼容分析与设计的工作至关重要。
开关电源的基本原理涉及电力电子器件的开关动作，通过高频开关切换输入电源，实现能量的转换和传输。
其中涉及的电子技术包括晶体管、场效应晶体管等开关器件的应用。
这些开关器件的高速开关动作会产生丰富的电磁频谱，包括丰富的谐波成分和高频噪声，这也是电磁兼容问题产生的根源。
在开关电源的设计中，需要关注电源拓扑结构的选择。
不同的拓扑结构如正激、反激、推挽等都有其特定的应用场景和性能特点。
设计时还需考虑到输入电源的特性、输出负载的要求以及系统对效率和体积等方面的要求。
开关电源中的磁性元器件如变压器、电感器等在能量转换过程中起到关键作用，它们的设计也对电磁兼容性能产生影响。
对于开关电源的电磁兼容分析与设计而言，需要理解并掌握电磁场理论、电磁兼容标准、传输线理论以及电磁干扰（EMI）的产生和抑制机制。
这些知识为分析和解决开关电源中的电磁干扰问题提供了理论基础。
特别是在高频噪声和电磁辐射方面，需要采取有效的滤波、屏蔽和接地措施，以确保开关电源的可靠运行。
本阶段的学习为我后续深入理解开关电源的电磁兼容问题奠定了坚实的基础。
通过对开关电源基础知识的了解和学习，我对如何分析和解决电磁兼容问题有了初步的认识，也为后续深入研究和实际应用提供了重要的参考依据。
1. 开关电源概述随着电子技术的飞速发展，开关电源在现代电子设备中的应用越来越广泛。
开关电源以其高效率、高可靠性及易于实现模块化等特点，成为了电子设备供电系统的主流选择。
本章主要介绍了开关电源的基本概念、发展历程以及其在电磁兼容方面的重要性。
在阅读本章内容后，我对开关电源有了更深入的了解。
开关电源的电磁兼容设计
1）将耦合通道分为共模通道和差模通道；
2）采用系统函数来描述骚扰和受扰体之间的耦合通道的特性。
本文采用第一种方法进行论述。
2.2.1 共模和差模骚扰通道
开关电源在由电网供电时，它将从电网取得的电能变换成另一种特性的电能供给负载。同时开关电源又是一噪声源，通过耦合通道对电网、开关电源本身和其它设备产生骚扰，通常多采用共模和差模骚扰加以分析。
减小开关电源本身的骚扰是抑制开关电源骚扰的根本，是使开关电源电磁骚扰低于规定极限值的有效方法。
1）减小功率管通、断过程中产生的骚扰
上面分析表明，开关电源的主要骚扰是来自功率开关管通、断的dv/dt。因此减小功率开关管通、断的dv/dt是减小开关电源骚扰的重要方面。人们通常认为软开关技术可以减小开关管通、断的dv/dt。但是，目前的一些研究结果表明软开关并不像人们预料的那样，可以明显地减小开关电源的骚扰。没有实验结果表明，软开关变换器在EMC性能方面明显地优于硬开关变换器。
3.2 接地
“接地”有设备内部的信号接地和设备接大地，两者概念不同，目的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。
3.2.1 设备的信号接地
设备的信号接地，可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。
对开关电源来说，开关电路产生的电磁骚扰是开关电源的主要骚扰源之一。开关电路是开关电源的核心，主要由开关管和高频变压器组成。它产生的dv/dt是具有较大辐度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。这种脉冲骚扰产生的主要原因是
开关电源的电磁兼容性技术及解决方法
开关电源的电磁兼容性技术及解决方法⒈引言电磁兼容是一门新兴的跨学科的综合性应用学科。
作为边缘技术，它以电气和无线电技术的基本理论为基础，并涉及许多新的技术领域，如微波技术、微电子技术、计算机技术、通信和网络技术以及新材料等。
电磁兼容技术应用的范围很广，几乎所有现代化工业领域，如电力、通信、交通、航天、军工、计算机和医疗等都必须解决电磁兼容问题。
其研究的热点内容主要有：电磁干扰源的特性及其传输特性、电磁干扰的危害效应、电磁干扰的抑制技术、电磁频谱的利用和管理、电磁兼容性标准与规范、电磁兼容性的测量与试验技术、电磁泄漏与静电放电等。
电磁兼容的英文名称为Electromagnetic Compatibility，简称EMC。
所谓电磁兼容是指设备（分系统、系统）在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共存状态。
这里包含两层意思，即它工作中产生的电磁辐射要限制在一定水平内，另外它本身要有一定的抗干扰能力。
这便是设备研制中所必须解决的兼容问题。
电磁兼容技术涉及的频率范围宽达0 GHz "400GHz，研究对象除传统设备外，还涉及芯片级，直到各种舰船、航天飞机、洲际导弹甚至整个地球的电磁环境。
电磁兼容三要素是干扰源（骚扰源）、耦合通路和敏感体。
切断以上任何一项都可解决电磁兼容问题，电磁兼容的解决常用的方法主要有屏蔽、接地和滤波。
⒉电磁兼容技术名词（1）电磁兼容性电磁兼容性是指设备或者系统在其电磁环境中能正常工作，且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。
（2）电磁骚扰电磁骚扰是指任何可能引起设备、装备或系统性能降低或者对有生命或者无生命物质产生损害作用的电磁现象。
电磁骚扰可引起设备、传输通道或系统性能的下降。
它的主要要素有自然和人为的骚扰源、通过公共地线阻抗/内阻的耦合、沿电源线传导的电磁骚扰和辐射干扰等。
电子系统受干扰的路径为：经过电源，通过信号线或控制电缆、场渗透，经过天线直接进入；通过电缆耦合，从其他设备来的传导干扰；电子系统内部场耦合；其他设备的辐射干扰；电子设备外部耦合到内部场；宽带发射机天线系统；外部环境场等。
基于开关电源的EMC设计
基于开关电源的EMC设计开关电源因体积小、功率因数较大等优点，在通信、控制、计算机等领域应用广泛。
但由于会产生电磁干扰，其进一步的应用受到一定程度上的限制。
本文将分析开关电源电磁干扰的各种产生机理，并在其基础之上，提出开关电源的电磁兼容设计方法。
开关电源的电磁干扰分析开关电源的结构如图1所示。
首先将工频交流整流为直流，再逆变为高频，最后再经整流滤波电路输出，得到稳定的直流电压。
电路设计及布局不合理、机械振动、接地不良等都会形成内部电磁干扰。
同时，变压器的漏感和输出二极管的反向恢复电流造成的尖峰，也是潜在的强干扰源。
图1 AC/DC开关电源基本框图1 内部干扰源● 开关电路开关电路主要由开关管和高频变压器组成。
开关管及其散热片与外壳和电源内部的引线间存在分布电容，它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。
开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。
当原来导通的开关管关断时，高频变压器的漏感产生了反电势E＝-Ldi/dt，其值与集电极的电流变化率成正比，与漏感成正比，迭加在关断电压上，形成关断电压尖峰，从而形成传导干扰。
● 整流电路的整流二极管输出整流二极管截止时有一个反向电流，其恢复到零点的时间与结电容等因素有关。
它会在变压器漏感和其他分布参数的影响下产生很大的电流变化di/dt，产生较强的高频干扰，频率可达几十兆赫兹。
● 杂散参数由于工作在较高频率，开关电源中的低频元器件特性会发生变化，由此产生噪声。
在高频时，杂散参数对耦合通道的特性影响很大，而分布电容成为电磁干扰的通道。
2 外部干扰源外部干扰源可以分为电源干扰和雷电干扰，而电源干扰以“共模”和“差模”方式存在。
同时，由于交流电网直接连到整流桥和滤波电路上，在半个周期内，只有输入电压的峰值时间才有输入电流，导致电源的输入功率因数很低（大约为0.6）。
而且，该电流含有大量电流谐波分量，会对电网产生谐波“污染”。
开关电源的EMC设计产生电磁干扰有3个必要条件：干扰源、传输介质、敏感设备，EMC设计的目的就是破坏这3个条件中的一个。
浅谈开关电源的电磁兼容性设计
摘要：计算机的迅速发展促进了电子产品种类日益繁多，电子产品依靠科技的进步日益走向小型化、智能化，促进电子产品向前发展的很大一部分功劳要归功于开关电源近些年来的发展，其以安全方便的优势迅速在电子产品中正得到大规模的应用，但是由于开关电源本身带电，很容易产生磁场，其电磁兼容问题严重影响着其发展，本文将着重分析电源产生电磁不兼容的主要原因，并提出有效解决电源开关电磁兼容性的方法途径，促进电源开关的进一步小型化、高效化。
关键词：电源开关；电磁兼容性；设计
前言
开关电源为电子产品的小型化、高效化做出了积极的贡献，简化了电子产品的调试及设计，提高了电子产品的安全性。在电视机、冰箱等家用电器中得到了大规模的应用，但是由于开关电源带电，不可避免的会产生磁场，磁场会严重影响电路的传导，因此降低电源开关的电磁干扰，提高其电磁兼容性是非常有必要的。电磁兼容性是电子产品的一种独特的性质，是指电子产品在磁场环境中不能完成其原本功能，影响电子产品的使用功能。
2.3在开关电源中设置滤波器
电路模型产生的电磁辐射很难通过技术手段在源头进行改变，减少辐射，它是电路本身的一种辐射，因此只能从他的传输路径上进行阻碍，减少辐射的放射，达到增加开关电源电磁兼容性的目的。而破坏还辐射的传播途径，EMI滤波技术始终很成熟很好用的手段，EMI滤波技术是一种抑制电磁传输的手段，尤其实在开关电源的额传导方面据有相当明显的效果。上文已经讨论过，电路模型主要有共模干扰和串模干扰，共模干扰主要存在于两条平行线与地线之间，串模干扰主要存在与一条电流流入流出的电路线中，串模与共模的主要区别在于电流方向及路线条数的不同，正是因为有这些区别，才使得抑制电路模型电磁辐射很困难，但是EMI滤波技术完美的解决了这一点。选用EMI滤波技术解决这个问题时，滤波器的制作及材料的选用也是要非常谨慎的，例如滤波器要有这几个条件，否则将很难进行应用，滤波的电容要选择谐振频率高的电容器，因为电容器中的电压很高，要能够保证可以承受住630伏或者更高的电压。除此之外，为了防止抑制电磁辐射的EMI滤波器不辐射电磁波，还要对滤波器采取屏蔽措施，最有效的屏蔽措施就是用金属壳进行屏蔽。以上手段可以有效的减少因为电源开关的电路模型而产生的电磁辐射。
单端反激式开关电源设计及电磁兼容仿真
目录一、单端反激式开关电源设计 (3)1.电路参数设计及元器件选取 (3)2.电路拓扑结构 (5)3.负载输出波形 (5)二、部分单端反激式开关电源EMI产生原因及现象 (5)1.MOS管动作时产生的EMI (6)2.二级管动作时产生的EMI (8)三、部分单端反激式开关电源EMI抑制措施分析 (9)1.减缓开关管动作（上升沿、下降沿） (9)2.减小干扰源的大小（对变压器的漏感Le的处理） (13)3.开关管加RCD缓冲吸收电路 (14)4.二级管加RC吸收电路 (18)5.整体效果比较 (21)6.抖频消除Mos管两端电压尖峰 (22)四、EMI电源滤波器的设计 (24)1.电源设备中EMI滤波器的作用 (24)2.EMI干扰类型 (26)3.EMI滤波器的基本结构 (26)4.EMI滤波器的设计原则 (27)5.EMI滤波器结构设计 (28)6.共模和差模扼流圈磁芯和电感参数设计 (28)7.X、Y电容的选取 (29)8.EMI滤波器的正确安装 (30)五、EMI电源滤波器插入损耗测试 (30)1.T型低通滤波器 (30)2.π型低通滤波器 (32)3.实际电容滤波器 (34)4.实际电感滤波器 (35)5.三端电容器 (36)6.大容量电容与小容量电容并联对EMI插入损耗波形分析 (39)六、设计过程中遇到的问题及解决方案 (40)七、设计过程的收获与心得体会 (40)八、参考资料 (41)一、单端反激式开关电源设计1.电路参数设计及元器件选取:36V（1）输入直流电压Vin:12V（2）输出直流电压Vo（3）输出电流I:1.2A（4）电容C:300uF（5）电阻R:10Ω（6）PMOS管：图1.PMOS管参数（7）开关管频率f:50khz（8）占空比D=0.4PMOS管驱动电压参数图2.PMOS管驱动电压参数（9）变压器参数设计（漏感系数K=0.98）由V o V in =N PN S·D1−D得N PN S=2由U P=NU SN=N P N SU P=L P d ip d tU S=M d ip d tM2=L p L s 得L P L S =N P2N S2=4图3.线性变压器参数设计（10）二极管:ues7042.电路拓扑结构图4.单端反激电路拓扑图3.负载输出波形图5.单端反激电路负载输出波形二、部分单端反激式开关电源EMI产生原因及现象功率器件高频开通和关断的操作导致电压和电流快速的变化是产生EMI的主要原因。
开关电源的电磁兼容性及其设计
工作 时，往往要产 生一 些有用或 无用 电磁 骚 扰 的 电磁 能量 ，这些 电磁 能量会影 响其
电磁 骚 扰 （ ｌｃｒｍａ ｎ ｔ ｉ 同一 电磁 环境 中的其他 设备或系统 发 Ｅｅ ｔ ｏ ｇ ｅｉ Ｄｓ ｃ —
ｕｂ ｎ ｅ 设 射的 电磁 骚扰而 产生不 允许的工作 性 他设备 或系统 的正常 工作，这就 是 电 ｔｒｏ ｃ ）是指任何可能 引起装 置、 磁骚扰 。电磁骚扰 有可 能使开关 电源 备 或系统性 能下 降，或 者对 生命或无 能下 降。 ｂ 设 备或 系统不产生超过 规定限 ． 的工作 性能下 降，甚至使 开关 电源的 生命物产 生损害作 用的 电磁 现象 。电 使用寿命缩 短， 或根本 无法正常工作 。 磁 骚扰 是 客观 存 在 的一种 物 理现 象 ，
度的 电磁骚扰 。
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电源管理 。 ａｇ ｅ ｖｅ ｗ Ｍｎｅ ｅｃ ｅ ａｍ ． ｓ
接 设 地 计
Ａ． 接地是开 关电源设备抑制 电磁 噪声的重要方法 。 接地 的作用：
电 磁 骚 扰 根 据 其 来 源 ，可 分 为 自然 骚 扰 和 人 为 骚 扰 两 大 类 。 自然
能力 ：一是能在预 期的 电磁 环境 中正 骚 扰 以其 发 生 源 不 可 控 为 特 点 ，例 常工作 ， 出现性 能下降或故障 ； 不 二是 如 电子 噪 声 、天 线 噪 声 、地 球 外 噪 对 电磁环境 无污染 。 声 、 积静 电等 。人 为骚扰 以其 发 生 沉
电平在不 同频 率范 围内功率和 时间 的 磁 信号， 也可能是某种 电磁 噪声。
开关电源电磁兼容性设计
T NOLO GY TR N D1开关电源的基本结构开关电源通常由输入电路、变换电路、输出电路和控制电路等组成,如图1所示。
图1开关电源基本结构框图1.1输入电路在输入电路中线路滤波器的主要作用是降低由电网电源进入的噪声,抑制开关电源产生的电磁干扰对公用电网的影响;浪涌电流抑制电路主要用于抑制浪涌电流;整流电路的作用是将输入的交流变为直流。
1.2变换电路变换电路是开关电源的核心部分,主要由开关管和变压器组成。
1.3控制电路该电路从输出端采样得到输出直流的电压,通过与基准电压的比较来改变开关脉冲的占空比,从而控制输出直流的电压值,达到稳定输出的目的。
1.4输出电路该电路将高频变压器的次级力一波电压整流成单向脉动直流,井将其平滑成符合设计要求的低纹波直流电压。
2电磁干扰产生的原因2.1输入电路的电磁干扰工频交流正弦波经过整流后,形成单向脉动电流,其峰值电流除了有直流分量外,还包含一系列的高频谐波交流分量。
这些高频谐波分量会沿着传输电路产生传导干扰和辐射干扰,使前端电流产生畸变。
2.2开关回路产生的电磁干扰开关回路产生的电磁干扰是开关电源的主要干扰源之一。
开关电路主要由开关管和高频变压器组成,是开关电源的核心。
开关管工作在高频断通状态,它的负载为高频变压器的初级线圈,由于储能元件的电磁惯性,在开关管导通和关断的瞬间都会产生较大的冲击电流,经传导到输入输出端形成传导干扰。
另外,由高频变压器的初级线圈、开关管和滤波电容等构成的高频开关电流环路可能产生较大的空间辐射,形成辐射干扰。
如果滤波电容的容量不足或高频特性不良,则电容上的高频阻抗就会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成电磁干扰,造成电网谐波电磁干扰,从而影响负载设备的安全运行。
2.3输出电路产生的电磁干扰二次整流(输出)回路一方面产生电磁辐射干扰,另一方面回路中的高频电流以差模形式混在直流电压上形成差模干扰,影响负载电路的正常工作。
3抑制开关电源电磁干扰的方法虽然开关电源的电磁干扰源不可能完全消除,但可以通过对电磁干扰产生原因的分析与切断电磁波传播的途径来减小电磁干扰。
开关电源电磁兼容设计
作 为电磁 骚 扰 源 来
1 1 开 关 电路 产 生 的 电磁 骚 扰
形 成 关 断 电压 尖峰
这 种 电源 电
一
研究
，
整流 二 极 管反 向 恢复 电流 形 成 的
，
对 开关 电源 来说
，
开 关 电路产 生
压 中 断 会 产 生 与 初级线 圈 接 通 时
样的
骚扰 强度 大
频带宽
。
整流二 极 管产 生
、
主 电路 中 整 流 二 极 管 产 生 的 反 向恢
dt ] 复 电 流 8 ~ld i／ 远 比续 流 二 极 管 反 向恢 复
能 量 将 和集 电 极 电路 中 的电 容 成 带 有 尖 峰 的衰 减 振 荡
压上
， ，
电阻 形
叠 加 在关 断 电
。
dt [ 电流 的 Id i／ d＼ 得多
。
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W 而 产 乍 删 人 rJfJ 也 磁 骚 扰
：
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( 空 气 介质 巾约 为 l
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z
) 足 比 较低 的
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：
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~ 磁 场 对腕 的 波 比
，
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．
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l 技术 应 用
i t 与 负载 大 小 的 关 系 t 1 3 dr ／
．
d t 是 开关 电源的 主 要 骚 扰 源 功 率开 关 管 开 通 和 关断时产 生的 d v ／
开关电源的电磁兼容结构设计
第 ２ 期 １
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｎ Ｏ Ｍ Ｔ Ｏ ＣＥ Ｃ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ ＹＩＦ Ｒ Ａ Ｉ Ｎ
Ｏ机械 与电子０
科技信息
开关 电源的电磁兼容结构设计
毛 睿 （ 中国 电子科 技集 团公 司第二 十研 究所
陕西
西安
７ ０６ ） １ ０ ８
【 摘 要Ｊ 从结构的角度 出发 ， 针对各种 电磁干扰情况， 给出了具体的 电磁兼容结构设 计方案 ， 来提 高开关 电源的电磁 兼容能力。 【 关键词 】 开关电源 ； 电磁 兼容； 结构设计
０ 引言
电源 对 任 何 电 子设 备 来 说 都 是 必 备 部 件 ． 设 备 中 占有 着 重 要 的 在 比例， 因此 电源 部 分 的可 靠 性 直 接 关 系 到 设 备 的 可 靠性 。 年 来 ， 关 近 开 电源 以其 小 型 化 、轻 量 化 和 高 效 化 的 优 点 正 被 广泛 应 用 于 计 算 机 、 电 子 仪 器 、 讯 等多 个 领 域 的 设 备 中 。但 是 ， 关 电 源 也 有 它 固 有 的 问 通 开 题， 特别 是 开 关 电 源 的 电 磁 兼 容 问 题 ， 电 子 设 备 的 正 常运 行 构 成 了 对 潜 在 的威 胁 ， 只有 提 高 开 关 电 源 的 电 磁 兼 容 性 ， 能 使 开 关 电 源 在 更 才 多 的场 合 下 得 到 应用 。 因此 ， 高 开 关 电 源 的 电磁 兼 容 性 ， 为 电源 设 提 成 计 者 重 点 考 虑 的 问题 。
１ 开 关 电 源 的 电磁 兼 容 结构 设 计
开 关 电 源 电磁 干 扰 的抑 制 方 法 主要 有 三 种 ， 即接 地 、 蔽 和 滤 波 ， 屏 虽 然 每 种 方法 在 设 计 中都 有 它 的 独 特作 用 ， 又 是 相 互 关 联 的 。 如 ， 但 例 良好 的 接地 可 以降 低 设 备 对屏 蔽 和滤 波 的要 求 ． 良好 的屏 蔽 也 可 以 而 使 滤 波 的 要求 低 一 些 。 从 结 构设 计 的方 面 来 说 ， 要 考 虑 屏 蔽 方 面 。 而 主 采 用屏 蔽 的 目 的一 是 限 制 内部 的 辐射 电磁 能 越 出某 一 区域 ， 是 防止 二 外 来 的 辐射 进 入 某 一 区 域 。屏 蔽 按 其 作 用 可 分 为 电场 屏 蔽 、 场 屏 蔽 磁 和 电 磁 场屏 蔽 三 种 。关 电源 中 ， 场 的 干 扰 主要 指 高 频 高 压 线 对 低 压 敏 感 导 线 的 电 感应 所 引 起 的 于 扰 ．电磁 屏 蔽 则 是 解 决 电 场 干 扰 的 一 个 具 体 措 施 ， 要 获 得好 的 电场 屏 蔽 效 果 ， 要 注意 以下 几 点 ： 需 １１１ 屏 蔽 板 要 靠 近 受保 护 的物 体 ， 且 屏 蔽 板 的 接地 要 良好 。 ． ． 而 １１ 屏 蔽 板 形 状 对屏 蔽 效 能 的高 低 有 明 显 影 响 ， 尽 量 减 少 孔 洞 和 ．． ２ 应 缝隙。 １１ 屏 蔽 板 的材 料 以 良导 体 为 好 ， 对 厚 度 无 甚 要 求 ， ．． ３ 但 只要 求 有 一 定强度就可以了 ， 以保 持 一 定 的形 状 。 １ 磁场屏蔽． ． ２ ．． 在 开 关 电 源设 备 里 ，磁 场 干 扰 主 要 指变 压 器 和 带 铁 芯 的 电 感 ， 当 １３３ 通 风 孔 的 屏蔽 处 理 最 简 单 的 通 风 处理 就 是 在 要 求 通 风 的 部 位 开 孔 或 百 叶 窗 ， 便 在 以 它 们 工 作 时 。 对周 围 的敏 感 器 件 或 敏 感 导 线形 成 干 扰 。 在 要 求 控 制 会 漏 磁 通 十 分 严格 的场 合 ， 当 将 这 些 器件 用 铁 皮 或 高磁 导 率 材 料 做 成 机 箱 内部 实 现对 流 或强 迫 风 冷 。但 此举 破坏 了屏 蔽 的 完 整 性 。因 此 对 应 对 的屏 蔽 体 密 封 ， 防止 其 对 屏 蔽 体 外 的器 件 造 成 干 扰 ， 可 采 用 铁 磁 于 电磁 防 护 有要 求 的场 合 ，可 采 用 具 有 防 尘 屏 蔽 功 能 的 金 属 丝 网 ； 以 也 可采用截止波导通风板。 材 料 将 敏 感 器 件 包 起 来 ， 屏 蔽 体 内 的磁 场 大 大 减 弱 ， 敏 感 器 件 起 于要求更高的场合 ． 使 对 １３ 按 键 的屏 蔽 处 理 ．． ４ 到屏蔽作用。 按 键 等 器 件 应 用 时 ， 要 在 设 备 的 前 面 板 或 外 壳 上 开 孔 ， 样 会 需 同 为 提 高 磁场 屏 蔽 的效 果 ， 蔽 体 的材 料 和形 状 是 关 键 ， 以考 虑 ： 屏 可 为此 ， 在结构设计上应使用隔舱 ， 而它 １ ． 选用 高磁导率 的材料 ， ．１ ２ 如坡莫 合金 ， 但是 材料 的磁 导率越 高 ， 使机壳的屏 蔽完整性受到损害。 越 容 易 饱 和 ， 导 率 很 高 的 材 料 在 强 磁场 中会 由 于磁 饱 和 而 失 去 屏蔽 们 的 引 线则 要 通 过 穿 心 电容 或 带 滤 波 的插 座进 行 滤 波 后 才 能 进入 。 磁 １３ 电 源线 的屏 蔽 处 理 ．． ５ 性能。 电 源线 在 机 箱 的出 入 也 是 导 致 电磁 泄漏 的 因素 之 ～ 。 设计 时 主 在 １ ． 尽 量 缩 短 磁 路 的 长 度 ， 加 屏 蔽 体 的截 面 积 。 ．２ ２ 增 同 １２３ 被 屏 蔽 的物 体 不 要 放 在 紧贴 屏 蔽 体 的位 置 上 ， ．＿ 以尽 量 减 少 通过 要 采 用 的方 法 是 选 用 带 滤 波 的 电 源 插 座 ． 时 在 电 源 输入 端 安装 电 源 滤波器 ， 电源 滤 波 器 与 电 源 线 输 入 端 的连 线要 尽 量 短 ； 电源 滤 波 器 的 被屏蔽物体内的磁通。 １ ． 屏 蔽 体 上 的 缝 隙 或 长条 通 风 孔 应 循 着 磁 场 方 向分 布 ， ．４ ２ 以利 于减 金 属 外壳 应 直 接 与 设 备 机 壳 连 接 ；确保 滤 波器 输 入 线 和输 出线 分 离 ， 若 输 入 、 出线 必 须 接 近 ， 须 采 用 双 绞线 或 屏 蔽 线 。 输 必 少磁阻。 １ ． 完 全 的封 闭 体 能 提供 最 理 想 的磁 屏 蔽 效 果 ， 是 一 些 不 封 闭 的 ．５ ２ 但 结 构 ， 五 面 体 或 更 少 面 的结 构 ． 至 平 板 也 能 提 供 满 足 要 求 的屏 蔽 如 甚 效 ， 使 用 平 板 时 ， 使 平 板 体 的 长度 和 宽 度 大 于 干 扰 源 到 敏 感 器 件 当 应 之 间 的距 离 。 １ ． 对 于 强磁 场 的 屏 蔽 ， 了保 证 有 较 高 的 衰 减 量 ， 采 用 多 层 屏 ．６ ２ 为 可 蔽。 当外 部 为 强 磁 场 时 ， 层 屏 蔽 体 选 用 磁 导 率 相对 较低 、 易 饱 和 的 外 不 材料， 先将磁 场衰减到一定程度 ， 然后 再用磁导率很 高的材料进行进 步衰减 。 反之 ， 内磁场为强磁场， 如 则选用材料次序颠倒过来。 总之 ， 低 磁 导 率 的材 料 应 当靠 近 干扰 源 。 １ ． 在 安 装 内 外 两层 屏 蔽 体 时 ， 注 意 磁 路 上 的 彼 此 绝 缘 。 当没 有 ．７ ２ 要 接地要求时 ， 可用绝缘材料做支撑件 ， 若需要接地时 ， 可用非铁磁材料 （ 如铜 、 等 ） 支 撑 件 。 铝 做
开关电源电磁兼容的常见设计方法
的“ 冤 家对头” ， 又是相互 关联的矛盾统 一体 。
的元器件会 产生寄 生效应 ， 特 别是在高频 范围中， 铅 的低值 电感大 概是 Ｉ ｎ Ｈ／ ｍｍｌ ｅ ａ ｄ ．在终端也可以产生小 的电容效应 ， 在４ ｐ ｆ 附近 。 因此应 当 国际电工委员会 （ Ｉ Ｅ Ｃ ） 定义电磁兼容为 ： 电磁兼容是 电子设备 的一 尽可 能的减 少铅 的长 度 。 无铅 和表面 贴的 元器件 相比来说 有更小 的寄 种功 能 ， 电子设 备在电磁环 境中能完 成其功 能 ， 而不产 生不 能容忍 的干 生效应 ， 首选应 当是 表面 帖元器 件， 然后 是径 向的有 铅封 装元 器件， 然 扰。 我 国颁布的 电磁 兼容标 准 中定 义电磁兼 容为： 设备或 系统的在 其电 后才是 轴向的有铅封装 元器件。 ２ ． ２ 电阻 磁环 境 中能 正常工作且不 对该 环境 中任何 其他事 物造 成不 能承受 的电 磁骚 扰的 能力。 说 明了电磁 兼容 的三层意思 ： 一 是 电子设备应具 有 的抑 要 想低的寄 生效应 ， 表面 贴 电阻 是首选 。 有铅 封装 类型的 电阻， 选 制外 部电磁干扰 的能 力。 二是该 电子设 备所产生的 电磁干扰 应低于规 定 择 顺序 由高到低 的次 序是 炭 膜电阻＞金属 氧化膜 电阻＞ 线 绕电阻 。 在 的 限度 ， 不得影 响 同一电磁环境 中其他 电子设 备的正常工作 ； 三是 任何 放大 电路 设计 中， 电 阻的选择 极为重要 。 在 高频范 围内， 由于在 电阻上 电子设备的 电磁 兼容性都 是可 以测量的 。 的感 应影 响 ， 阻抗会 增大 。 因此 ， 增益调 整的电阻应尽 可能地放 置在靠 电磁兼 容性研 究 的领域 主 要包括 电磁 干扰 的产生与 传输 、 电磁 兼 近放 大电路 的地 方， 来 降低板子源电磁兼容的常见设计方法
开关电源电磁兼容可靠性设计的一种新方法
子设备整体可靠性设计中的一个重要环节。
1 开关电源电磁兼容产生的原因及传 统抗干扰方法
1. 1
1. 1. 1
开关电源中电磁兼容产生的原因
开关电源的组成〔 2〕 开关电源由以下几部分组成， 1 所示。 如图 ) 1 主电路， 包括输人滤波器、 整流与滤波、 逆 变、 输出整流与滤波; 2) 控制与保护电路;
收稿日期: 2( 7 一 一 ) X 8 2 0 0 作者简介: 董测( 198 一 ， 河南淮阳人， 2 ) 男， 硕士， 主要研究 向为可靠性强化试验定量评沽以及电子产品可靠性试验技术。
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装 备 环 境 工 程
人
2加7 年 12 月
交流市电
波
整沐
滤波
逆变
瓢黔卿乞
图3 电磁干扰滤波器
Fig. 3 EMl f lt r i e
3) 检测与显示电路， 除了提供保护电路所需的 各种参数外， 还提供各种显示数据; 4) 辅助电源。 1. . 2 开关电源中电磁干扰的产生原理 如图2 所示， 产生电磁干扰有3 个必要条件:干 扰源、 传输介质、 敏感接收单元。EMC 设计就是破 坏这 3 个条件中的一个或几个。
干 源 匕汉 传 扰 输介质 匕 汉 敏感 单元 接收 图2 产生电磁干扰的必要条件
一 蹂鬃蠕
凡 l 9.
图1 开关电源的组成 h T e co po jtio o switch pow supP y m s n f r e 1
开关电源的电磁兼容性设计方案
开关电源的电磁兼容性设计方案随着电力电子技术的发展，开关电源模块因其相对体积小、效率高、工作可靠等优点开始取代传统整流电源而被广泛应用到社会的各个领域。
但由于开关电源工作频率高，内部产生很快的电流、电压变化，即dv/dt和di/dt，导致开关电源模块将产生较强的谐波干扰和尖峰干扰，并通过传导、辐射和串扰等耦合途径影响自身电路及其它电子系统的正常工作，当然其本身也会受到其它电子设备电磁干扰的影响。
这就是所讨论的电磁兼容性问题，也是关于开关电源电磁兼容的电磁骚扰EMD与电磁敏感度EMS设计问题。
由于国家开始对部分电子产品强制实行3C认证，因此一个电子设备能否满足电磁兼容标准，将关系到这一产品能否在市场上销售，所以进行开关电源的电磁兼容性研究显得非常重要。
电磁兼容学是一门综合性学科，它涉及的理论包括数学、电磁场理论、天线与电波传播、电路理论、信号分析、通讯理论、材料科学、生物医学等。
进行开关电源的电磁兼容性设计时，首先进行一个系统设计，明确以下几点：1. 明确系统要满足的电磁兼容标准；2. 确定系统内的关键电路部分，包括强干扰源电路、高度敏感电路；3. 明确电源设备工作环境中的电磁干扰源及敏感设备；4. 确定对电源设备所要采取的电磁兼容性措施。
一、DC/DC变换器内部噪声干扰源分析1．二极管的反向恢复引起噪声干扰在开关电源中常使用工频整流二极管、高频整流二极管、续流二极管等，由于这些二极管都工作在开关状态，如图所示，在二极管由阻断状态到导通工作过程中，将产生一个很高的电压尖峰VFP；在二极管由导通状态到阻断工作过程中，存在一个反向恢复时间trr，在反向恢复过程中，由于二极管封装电感及引线电感的存在，将产生一个反向电压尖峰VRP，由于少子的存储与复合效应，会产生瞬变的反向恢复电流IRP，这种快速的电流、电压突变是电磁干扰产生的根源。
电力系统的电磁兼容性分析与设计
电力系统的电磁兼容性分析与设计电力系统作为现代社会中不可或缺的基础设施之一，其电磁兼容性问题备受关注。
电磁兼容性（Electromagnetic Compatibility，EMC）是指电器设备在电磁环境中正常工作，同时又不对周围环境和其他设备造成不可接受的电磁干扰。
因此，对电力系统进行电磁兼容性分析与设计显得尤为重要。
一、电磁干扰源分析在电力系统中，电磁干扰源可以分为内部源和外部源两类。
内部源主要包括电机、开关电源、变压器等电气设备，这些设备在运行时会产生电磁干扰。
外部源则包括雷击、电磁波干扰等外界因素。
通过对电力系统的干扰源进行分析，可以找出潜在的干扰问题，并有针对性地进行设计改进。
二、电磁兼容性设计原则在电力系统设计中，应遵循一些基本的电磁兼容性设计原则，以确保系统的正常运行。
首先是减少电磁辐射和传导干扰，采用合金屏蔽、地线设计等方法降低干扰水平。
其次是提高系统的抗干扰能力，通过合理的回路排布、过滤器配置等手段增强系统的抗干扰性能。
此外，选择合适的电磁兼容性测试方法也是设计的关键。
三、电磁兼容性测试与验证为了验证电力系统的电磁兼容性，需要进行一系列的测试。
常用的测试包括传导干扰测试、辐射干扰测试、抗干扰性能测试等。
通过这些测试，可以评估系统的电磁兼容性水平，及时发现问题并进行改进。
同时，合格的电磁兼容性测试报告也是产品上市的必备条件。
四、电磁兼容性管理在电力系统的实际应用中，电磁兼容性管理也起着重要作用。
建立完善的电磁兼容性管理制度，包括对干扰源的监测、干扰问题的排查与处理、系统的维护与改进等。
只有不断加强管理意识，才能在日常运行中确保系统的稳定性和可靠性。
综上所述，电力系统的电磁兼容性分析与设计是一个复杂而又关键的环节。
只有充分认识电磁兼容性的重要性，遵循设计原则，进行必要的测试与验证，加强管理和维护，才能确保电力系统的正常运行，为社会提供可靠的供电服务。
愿我们在电磁兼容性领域不断探索，为电力系统的可持续发展贡献一份力量。
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开关电源电磁兼容的设计
摘要：本文从电磁兼容性的体系构成、开关电源电磁干扰的特征、概述电磁兼容、影响开关电源电磁兼容性能的主要因素以及开关电源的电磁兼容设计分析五
个方面，介绍了开关电源电磁兼容的设计，希望可以为有需要的人提供参考意见。
关键词；开关电源；电磁兼容；设计
现如今，电子设备在很多领域都普遍应用，任何电子设备和开关电源都有密
切的联系，这些电子设备在实际运行中会出现频谱较宽、密度较高的电磁信号，
很多复杂的环境都要求电子设备应当具备较强的电磁兼容性，所以有关电磁兼容
性设计是至关重要的。
一、电磁兼容性的体系构成
电磁兼容性，通常是由两个部分组成，一是电磁敏感性，二是电磁干扰。
电
子设备不仅要让设备自身对外造成的噪声降低，而且能够阻挡来源于外部的噪声。
电子设备只有满足这些条件，才可以在同一时间使用，相互之间没有任何干扰。
首先，电磁敏感性。
主要是指在出现电磁骚扰的情况下，系统以及装置等等无法
防止性能娇弱的能力，即抗干扰能力。
其次，电磁干扰。
主要是指电子设备产生
的外出噪声。
因此，综合以上来分析，电磁干扰与电磁敏感性不仅是对立的，而
且是互相有联系的矛盾统一体。
二、开关电源电磁干扰的特征
在开关电源功率变换器中功率半导体器件的开关次数相当多，在高频下啊功
率开关器件的通电、断电中往往会产生巨大的电磁干扰。
相对于数字电路而言，
其开关器件功率相当大，但是频率不能过高，所以开关电源电磁干扰通常都会呈
现出很多特征，主要体现在以下几点：第一，开关电源电磁干扰干扰源的位置生
死相当清楚的，具体集中在二级管以及功率开关器件上。
第二，因为其是工作在
开关状况的能源转换装置，其在电流以及电压方面都有相当高的变化率，造成很
大的干扰强度。
第三，一般来说，印刷线路板都采取手工布置，具有较强的随意性，这样就难以提取印刷线路板。
三、概述电磁兼容
国际电工委员会提出电磁兼容的定义是：电子设备的主要功能是电磁兼容，
在电磁环境下电子设备可以体现出其功能，一般不会造成无法忍受的干扰。
我国
相关部门出台的电磁兼容标准中提出电磁兼容的定义是：在其电磁环境下系统或
者设备在实际工作中不会出现问题，而且不会对此环境中的其他事物产生无法忍
受的电磁骚扰能力。
这就表示电磁兼容有以下几个层面的意思：第一，电子设备
应该具备的阻挡电磁干扰能力；第二，此电子设备引起的电磁干扰要严格控制，
不能超过标准的限度，不可以造成相同电磁环境中其他各项电子设备无法稳定运行；第三，不管什么类型的电子设备，都可以对其电磁兼容性进行准确测量。
电磁兼容性研究的领域通常包括多个部分，主要包括电磁兼容性的测试、电
磁干扰的出现和传输以及电磁兼容的设计标准等等。
[1]其研究对象也有一定的差异，一般有两种干扰，分别是自然干扰源以及人为干扰源。
前者，自然干扰源主
要包括电阻热噪声、太阳以及雷电等等。
后者，人为干扰源主要包括手机、电网
以及点火系统等等。
在这个领域我国起步时间是相当吃的，但是也合理制定电磁
兼容性的规范，尤其是在电动工具以及无线电等多方面都制定相应的测量规范和
测量方式。
四、影响开关电源电磁兼容性能的主要因素
通常，对开关电源电磁兼容性能产生影响的因素具体表现在以下几点：第一，外部噪声影响开关电源，比如：利用电网传输进入开关电源的差模噪声、共模噪
声干扰开关电源控制电路等等；第二，开关电源输进变流回路的非线性造成的电
流波形畸变，造成的电流谐波分量污染电网；第三，开关电源的高频逆变回路出
现的电磁噪声。
开关电源类型多元化，根据电路结构，能够将其划分成直流变换
时以及串联式；根据激励方法，能够将其划分成他人激励式和自我激励式；根据
开关管的组合，能够将其划分成推挽以及单管等等。
但是任何类型的开关电源，
都是借助开关器件关和开的时间比对传输电压大小进行控制，普遍采用的控制方
法包括两种，一是脉冲宽度调制，二是脉冲频率调制。
[2]因为开关开关电源开关
频率超过几十甚至几百千赫，电路的电压变化率以及电流都说是相当大的，所以
高频整流器件以及开关器件的电流尖峰造成的谐波、高频电压器的电磁辐射造成
的干扰等噪声都是相当强的电磁干扰源。
这些电磁干扰信号随着开关频率的提升、输出功率的加大而显著加强，会利用电源线和差模与共模的方向向外面传导，也
辐射到附近空间，威胁其他电子设备的安全稳定运行。
开关电源工作原理简图如
图1所示，表示开关电源中电磁噪声的出现和耦合渠道。
五、开关电源的电磁兼容设计分析
通常，制约开关电源干扰的方法有很多形式，比如：接地处理、改善良路以及屏蔽处理
等等。
[3]本文采取改善电路，采取吸收变压器以制约分布电容产生的危害，减少高频噪声；
采取滤波电路等策略加强电源的抗干扰性，使开关电源的电磁兼容性得到显著提升，让其在
相对复杂的电磁环境中可以正常运行。
（一）滤波器的设计
电磁干扰进入电子设备的主要渠道是电源线，在设备电源线入口位置将电网滤波器安装上，能够使电磁干扰传播渠道被切断。
[4]此电源采取经过改善的滤波器。
相对于常规的滤波
器而言，增设瞬态抑制器以及差模扼流圈等等，而且在开关电源入口位置使用磁环将引线端
套住，这样能够使共模干扰以及差模干扰得到抑制。
（二）逆变器的设计
开关电源造成电磁辐射的重要器件是逆变器，在高频率下逆变器的简化等效电路如图2
所示。
绕组间的分布电容C1、C2让变压器初次级引起耦合，让初级高频噪声耦合转化到次级；通过分布电容C1、C2让变压器主回路与内部中出现高频振荡环流，让变压器功率消耗加大，而且出现高频电磁辐射。
[5]在变压器实际设计过程中，不管是选择还是绕制绝缘材料，必须
要尽可能降低每个部分的分布电容，而且通过将屏蔽层添加在初级和次级之间，使C1、C2
可降低为0。
因为高压电源变压器属于升压型，与电容C2相比之下，C1电容很少影响电路。
为了降低次级分布电容C2的危害性，设计人员在设计变压器次级时，可以将其设计成一种
双绕组，使用吸收变压器将绕组间分布电容的所有谐振能量向主电路转移。
[6]此外，因为吸
收变压器的出现，等同于将电阻分布设置在C2的两端，降低电流尖峰，电路处在阻尼状况下，以降低电磁辐射。
结语：
总而言之，开关电源电磁兼容设计的主要目的是让产品在某种电磁环境下稳定工作，换
言之，电源产品必须要满足有关规定的抗干扰极限值要求，如果受到电磁骚扰，就会减少其
使用性能，甚至影响电源产品的安全性。
并且电源产品必须要满足有关规定的电磁极限值要求，绝对不能污染电磁环境，以更好地实现电磁兼容。
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