开关电源中的EMI分析以及抑制技术
开关电源的共模干扰抑制技术开关电源共模电磁干扰（EMI）对策详解
开关电源的共模干扰抑制技术开关电源共模电磁干扰（EMI）对策详解開關電源的共模干擾抑制技術|開關電源共模電磁干擾(EMI)對策詳解0 引言由於MOSFET及IGBT和軟開關技術在電力電子電路中的廣泛應用，使得功率變換器的開關頻率越來越高，結構更加緊湊，但亦帶來許多問題，如寄生元件產生的影響加劇，電磁輻射加劇等，所以EMI 問題是目前電力電子界關注的主要問題之一。
傳導是電力電子裝置中干擾傳播的重要途徑。
差模干擾和共模干擾是主要的傳導干擾形態。
多數情況下，功率變換器的傳導干擾以共模干擾為主。
本文介紹了一種基於補償原理的無源共模干擾抑制技術，並成功地應用於多種功率變換器拓撲中。
理論和實驗結果都證明了，它能有效地減小電路中的高頻傳導共模干擾。
這一方案的優越性在於，它無需額外的控制電路和輔助電源，不依賴於電源變換器其他部分的運行情況，結構簡單、緊湊。
1 補償原理共模雜訊與差模雜訊產生的內部機制有所不同：差模雜訊主要由開關變換器的脈動電流引起；共模雜訊則主要由較高的d/d與雜散參數間相互作用而產生的高頻振盪引起。
如圖1所示。
共模電流包含連線到接地面的位移電流，同時，由於開關器件端子上的d/d是最大的，所以開關器件與散熱片之間的雜散電容也將產生共模電流。
圖2給出了這種新型共模雜訊抑制電路所依據的本質概念。
開關器件的d/d通過外殼和散熱片之間的寄生電容對地形成雜訊電流。
抑制電路通過檢測器件的d/d，並把它反相，然後加到一個補償電容上面，從而形成補償電流對雜訊電流的抵消。
即補償電流與雜訊電流等幅但相位相差180°，並且也流入接地層。
根據基爾霍夫電流定律，這兩股電流在接地點匯流為零，於是50Ω的阻抗平衡網路（LISN）電阻（接測量接收機的BNC埠）上的共模雜訊電壓被大大減弱了。
圖1 CM及DM雜訊電流的耦合路徑示意圖圖2 提出的共模雜訊消除方法2 基於補償原理的共模干擾抑制技術在開關電源中的應用本文以單端反激電路為例，介紹基於補償原理的共模干擾抑制技術在功率變換器中的應用。
开关电源emi电路原理
开关电源emi电路原理
开关电源EMI电路是指用来抑制电磁干扰（EMI）的电路。
开关电源是一种使用开关元件（如晶体管或MOSFET）工作
的电源，通过周期性地开关电流来提供电能。
开关电源会产生一定的电磁干扰，主要原因有以下几点：
1. 开关元件的快速开关会引起电压和电流的急剧变化，导致高频谐波成分的产生；
2. 开关电源中的变压器和电感器会产生磁场，进一步引起电磁辐射；
3. 开关电源中的电容器会产生串扰电容耦合，导致干扰信号的传导。
为了抑制开关电源的电磁干扰，可以采取以下措施：
1. 在开关电源输入端添加滤波器，用来抑制高频噪声，常见的滤波器包括电容滤波器和电感滤波器；
2. 设计合适的开关元件驱动电路，减小开关元件的开关速度，从而减小高频谐波的产生；
3. 采用引入屏蔽外壳或屏蔽包围电路等的屏蔽手段，减小电磁辐射；
4. 采用良好的地线布局和接地措施，降低地线电阻和噪声干扰；
5. 使用高频绕线技术和特殊布板设计，减少电感和电容器之间的串扰。
通过以上措施，可以有效地抑制开关电源产生的电磁干扰，提高电源的抗干扰能力，确保设备的正常运行。
开关电源中开关管及二极管 EMI抑制方法分析
开关电源中开关管及二极管EMI抑制方法分析1 引言 电磁干扰( EMI) 就是电磁兼容不足,是破坏性电磁能从一个电子设备通过传导或辐射到另一个电子设备的过程。
近年来，开关电源以其频率高、效率高、体积小、输出稳定等优点而迅速发展起来。
开关电源已逐步取代了线性稳压电源，广泛应用于计算机、通信、自控系统、家用电器等领域。
但是由于开关电源工作在高频状态及其高di/dt和高dv/dt，使开关电源存在非常突出的缺点——容易产生比较强的电磁干扰(EMI)信号。
EMI信号不但具有很宽的频率范围，还具有一定的幅度，经传导和辐射会污染电磁环境，对通信设备和电子产品造成干扰。
所以，如何降低甚至消除开关电源中的EMI问题已经成为开关电源设计师们非常关注的问题。
本文着重介绍开关电源中开关管及二极管EMI的四种抑制方法。
2 开关管及二极管EMI产生机理 开关管工作在硬开关条件下开关电源自身产生电磁干扰的根本原因，就是在其工作过程中的开关管的高速开关及整流二极管的反向恢复产生高di/dt和高dv/dt，它们产生的浪涌电流和尖峰电压形成了干扰源。
开关管工作在硬开关时还会产生高di/dt和高dv/dt，从而产生大的电磁干扰。
图1绘出了接感性负载时，开关管工作在硬开关条件下的开关管的开关轨迹，图中虚线为双极性晶体管的安全工作区，如果不改善开关管的开关条件，其开关轨迹很可能会超出安全工作区，导致开关管的损坏。
由于开关管的高速开关，使得开关电源中的高频变压器或储能电感等感性负载在开关管导通的瞬间，迫使变压器的初级出现很大的浪涌电流，将造成尖峰电压。
开关管在截止期间，高频变压器绕组的漏感引起的电流突变，从而产生反电势E=-Ldi/dt，其值与电。
开关电源的共模干扰抑制技术,开关电源共模电磁干扰(EMI)对策详解
开关电源的共模干扰抑制技术|开关电源共模电磁干扰(EMI)对策详解由于MOSFET及IGBT和软开关技术在电力电子电路中的广泛应用，使得功率变换器的开关频率越来越高，结构更加紧凑，但亦带来许多问题，如寄生元件产生的影响加剧，电磁辐射加剧等，所以EMI问题是目前电力电子界关注的主要问题之一。
传导是电力电子装置中干扰传播的重要途径。
差模干扰和共模干扰是主要的传导干扰形态。
多数情况下，功率变换器的传导干扰以共模干扰为主。
本文介绍了一种基于补偿原理的无源共模干扰抑制技术，并成功地应用于多种功率变换器拓扑中。
理论和实验结果都证明了，它能有效地减小电路中的高频传导共模干扰。
这一方案的优越性在于，它无需额外的控制电路和辅助电源，不依赖于电源变换器其他部分的运行情况，结构简单、紧凑。
1 补偿原理共模噪声与差模噪声产生的内部机制有所不同：差模噪声主要由开关变换器的脉动电流引起；共模噪声则主要由较高的d/d与杂散参数间相互作用而产生的高频振荡引起。
如图1所示。
共模电流包含连线到接地面的位移电流，同时，由于开关器件端子上的d/d是最大的，所以开关器件与散热片之间的杂散电容也将产生共模电流。
图2给出了这种新型共模噪声抑制电路所依据的本质概念。
开关器件的d/d通过外壳和散热片之间的寄生电容对地形成噪声电流。
抑制电路通过检测器件的d/d，并把它反相，然后加到一个补偿电容上面，从而形成补偿电流对噪声电流的抵消。
即补偿电流与噪声电流等幅但相位相差180°，并且也流入接地层。
根据基尔霍夫电流定律，这两股电流在接地点汇流为零，于是50Ω的阻抗平衡网络（LISN）电阻（接测量接收机的BNC端口）上的共模噪声电压被大大减弱了。
图1 CM及DM噪声电流的耦合路径示意图图2 提出的共模噪声消除方法2 基于补偿原理的共模干扰抑制技术在开关电源中的应用本文以单端反激电路为例，介绍基于补偿原理的共模干扰抑制技术在功率变换器中的应用。
图3给出了典型单端反激变换器的拓扑结构，并加入了新的共模噪声抑制电路。
开关电源EMI整改经验总结
开关电源EMI整改中，关于不同频段干扰原因及抑制办法：一、1MHZ以内----以差模干扰为主（整改建议）1. 增大X电容量；2. 添加差模电感；3. 小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。
二、1MHZ---5MHZ---差模共模混合采用输入端并联一系列X电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决，（整改建议）1. 对于差模干扰超标可调整X电容量，添加差模电感器，调差模电感量；2. 对于共模干扰超标可添加共模电感，选用合理的电感量来抑制；3. 也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107一对普通整流二极管1N4007。
三、5M---以上以共摸干扰为主，采用抑制共摸的方法。
（整改建议）对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕2-3圈会对10MHZ以上干扰有较大的衰减作用；可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔，铜箔闭环。
处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。
四、对于20--30MHZ，（整改建议）1. 对于一类产品可以采用调整对地Y2电容量或改变Y2电容位置；2. 调整一二次侧间的Y1电容位置及参数值；3. 在变压器外面包铜箔；变压器最里层加屏蔽层；调整变压器的各绕组的排布。
4. 改变PCB LAYOUT；5. 输出线前面接一个双线并绕的小共模电感；6. 在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数；7. 在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE；8. 在变压器的输入电压脚加一个小电容。
9. 可以用增大MOS驱动电阻。
五、30---50MHZ 普遍是MOS管高速开通关断引起（整改建议）1. 可以用增大MOS驱动电阻；2. RCD缓冲电路采用1N4007慢管；3. VCC供电电压用1N4007慢管来解决；4. 或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感；5. 在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路；6. 在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE；7. 在变压器的输入电压脚加一个小电容；8. PCB心LAYOUT时大电解电容，变压器，MOS构成的电路环尽可能的小；9. 变压器，输出二极管，输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。
解读电源设计中的EMI问题与解决方案
解读电源设计中的EMI问题与解决方案电源设计中的EMI问题与解决方案电磁干扰（Electromagnetic Interference，简称EMI）是电源设计过程中需要重点考虑的问题之一。
EMI问题可能对电子设备的性能产生负面影响，干扰其正常工作并导致其他设备的性能下降。
本文将介绍电源设计中的EMI问题以及一些常见的解决方案。
一、电源设计中的EMI问题1. 什么是EMI问题？EMI指的是由电子设备产生的电磁场干扰。
当电子设备中的电流和信号在设备内部或外部传输时，会产生电磁辐射和电磁敏感性。
如果这些辐射或敏感性超过了某个特定的范围，就会导致EMI问题。
2. EMI问题可能导致的影响EMI问题可能导致以下影响：- 对设备本身造成干扰：电源系统中的高频噪声可能干扰设备的正常工作，降低设备性能。
- 对其他设备造成干扰：电磁辐射可能传播到其他设备上，导致它们的性能下降，甚至损坏。
- 不符合法规：有些国家和地区对EMI有严格的法规要求，如果不符合这些要求，产品可能无法上市销售。
二、解决EMI问题的常见方案1. 电源线滤波器电源线滤波器是最常见的解决EMI问题的措施之一。
它通过滤波器电路将高频噪声滤除，防止其传播到其他设备上。
电源线滤波器通常由电感器和电容器组成，通过选择合适的元件参数来实现滤波效果。
2. 地线设计正确的地线设计对于减少EMI问题非常重要。
地线应该尽可能短而宽，以减小回路面积，降低电磁辐射。
可以采用单点接地或多点接地的方式，根据具体情况选择最合适的设计方案。
3. 布局设计良好的布局设计可以减少EMI问题。
重要的电路应该远离敏感的传感器、接收器等部件，以减少电磁辐射对它们的影响。
同时，电路板的铺铜区域应尽可能广泛，以提供良好的地面平面。
4. 屏蔽设计屏蔽设计可以有效地减少EMI问题。
对于电源模块，可以使用金属屏蔽罩来封闭电路，将电磁辐射限制在较小的范围内。
此外，对于敏感部分，如高频元件和传感器，还可以采用局部屏蔽来降低电磁辐射。
开关电源EMI杂讯分析及抑制
遮罩
濾波
接地
遮罩
遮罩可以用來控制電場或磁場從空間的一個區域到另一個區域的傳播， 這是克服電場耦合干擾、磁場耦合干擾以及電磁輻射干擾的最有效手段。
遮罩的目的是利用導電材料或高 磁導率材料來減少磁場、電場或電 磁場的強度。
採用兩層遮罩技術，外層遮罩材料的磁 導率不是很高，但是其達到磁飽和的磁場 強度卻很高，內層遮罩材料採用高磁導率， 以充分吸收雜訊。 遮罩示意圖
電源正負 輸入線
開關電源的寄生電容Cp分佈
共模雜訊電流
共模雜訊電流 雜訊電流
開關電源的寄生電容Cp分佈
初級差模雜訊電流
在功率開關管Q1開 開關電源 關時，高頻脈衝的上 輸入直流變換 升和下降所引起的基 回路 波及諧波會沿著輸入 濾波電容Ci傳向輸入 供電端，這種沿著輸 入電源線正負端傳播 的雜訊電流稱之為初 級差模雜訊電流IDIFF
對於低頻地電流，小 電容阻抗很大，該方式 相當於並行單點接地；
對於高頻電流，該方 式相當於多點接板地。 混合接地方式
EMI濾波器
加裝EMI電源濾波器是抑制EMI雜訊最好的方法之一。 在電源輸入端加裝 EMI電源濾波器可以獲 得雙重效果： ① 抑制開關電源產生 的EMI干擾傳向電源端； ② 抑制來自電源端的 EMI雜訊對開關電源造 成的干擾。
開關電源EMI雜訊分析 及抑制
76081 張輝 劉興兵 李政
電源雜訊基本概念 雜訊分析 抑制措施
電源雜訊基本概念
電源雜訊
電源雜訊是電磁 干擾的一種，其傳 導雜訊的頻譜大致 為10kHz～30MHz， 最高可150MHz。
電源雜訊，特別是瞬態雜訊干擾，其上 升速度快、持續時間短、電壓振幅度高、 隨機性強，對微機和數位電路易產生嚴重 干擾。
几种有效开关电源EMI的抑制方案解析
几种有效开关电源EMI的抑制方案解析关于开关电源EMI（Electro-Magnetic Interference）的研究，有些从EMI产生的机理出发，有些从EMI 产生的影响出发，都提出了许多实用有价值的方案。
这里分析与比较了几种有效的方案，并为开关电源EMI 的抑制措施提出新的参考建议。
开关电源电磁干扰的产生机理开关电源产生的干扰，按噪声干扰源种类来分，可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分，可分为传导干扰和辐射干扰两种。
现在按噪声干扰源来分别说明：1、二极管的反向恢复时间引起的干扰高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向截止时，由于PN结中有较多的载流子积累，因而在载流子消失之前的一段时间里，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化（di/dt）。
2、开关管工作时产生的谐波干扰功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。
例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波，其中含有丰富的高次谐波分量。
当采用零电流、零电压开关时，这种谐波干扰将会很小。
另外，功率开关管在截止期间，高频变压器绕组漏感引起的电流突变，也会产生尖峰干扰。
3、交流输入回路产生的干扰无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。
开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量，通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量，通过输入输出线传播时，都会在空间产生电场和磁场。
这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
4、其他原因元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。
开关电源EMI的特点作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大；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平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚；开关频率不高（从几十千赫和数兆赫兹），主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板（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。
开关电源变压器屏蔽层抑制EMI的研究
开关电源变压器屏蔽层抑制共模EMI的研究0 引言电磁兼容（ElectromagneticCompatibility，EMC）是指电子设备或系统在电磁环境下能正常工作，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。
它包括电磁干扰（EMI）和电磁敏感（EMS）两方面。
由于开关电源中存在很高的di/dt和du/dt，因此，所有拓扑形式的开关电源都有电磁干扰的问题。
目前克服电磁干扰的技术手段主要有：在电源的输入、输出端设置无源或有源滤波器，设置屏蔽外壳并接地，采用软开关技术和变频控制技术等。
开关电源中，EMI产生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EMI。
同而电流、电压的变化必定伴有磁场、电场的变化，因此，导致了辐射EMI。
本文着重分析变压器中共模传导EMI产生的机理，并以此为依据，阐述了变压器中不同的屏蔽层设置方式对共模传导EMI的抑制效果。
1高频变压器中传导EMI产生机理以反激式变换器为例，其主电路如图1所示。
开关管开通后，变压器一次侧电流逐渐增加，磁芯储能也随之增加。
当开关管关断后，二次侧整流二极管导通，变压器储能被耦合到二次侧，给负载供电。
图1反激变换器在开关电源中，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。
开关电源中存在大量的分布电容，这些分布电容给电磁干扰的传递提供了通路，如图2所示。
图2中，LISN为线性阻抗稳定网络，用于线路传导干扰的测量。
干扰信号通过导线、寄生电容等传递到变换器的输入、输出端，形成了传导干扰。
变压器的各绕组之间也存在着大量的寄生电容，如图3所示。
图3中，A、B、C、D4点与图1中标识的4点相对应。
图2反激式开关电源寄生电容典型的分布图3变压器中寄生电容的分布在图1所示的反激式开关电源中，变换器工作于连续模式时，开关管VT导通后，B点电位低于A点，一次绕组匝间电容便会充电，充电电流由A流向B;VT关断后，寄生电容反向充电，充电电流由B流向A。
开关电源共模EMI抑制技术研究的开题报告
开关电源共模EMI抑制技术研究的开题报告题目：开关电源共模EMI抑制技术研究研究背景和意义：随着电力电子技术的快速发展，开关电源已广泛应用于各个领域，成为电子系统中最常见的电源形式之一。
但是，在实际应用中，开关电源所产生的电磁干扰（EMI）问题越来越突出，尤其是共模EMI问题。
共模EMI指的是开关电源在工作时，产生的干扰以共模模式形式出现在设备的地线和电源线上，造成额外的干扰噪声，甚至可能导致设备故障或者性能下降。
因此，如何有效抑制开关电源产生的共模EMI问题，提高电子系统的抗干扰性能，已成为电力电子领域的研究热点之一。
本课题旨在通过研究开关电源共模EMI抑制技术，找到有效的抑制方法，提高开关电源的电磁兼容性，以推动电力电子技术的进一步发展。
研究内容和方法：本课题将研究开关电源共模EMI抑制技术，主要内容包括：1. 基础理论：介绍开关电源共模干扰产生的原因和机理，深入剖析共模EMI的传导机制和特点。
2. 抑制方法：综述当前常见的开关电源共模EMI抑制方法，包括滤波、屏蔽、地线布局、开关管控制等技术，并归纳总结各种方法的优缺点。
3. 抑制效果评估：采用实验方法，测试不同抑制技术对开关电源共模EMI的抑制效果，定量评估各种抑制方法的效果，并比较不同抑制技术的优劣。
4. 系统集成：将不同的抑制方法进行融合，研究系统级的共模EMI抑制方案，提高整个电子系统的EMC性能。
本课题的研究方法主要包括理论分析、实验研究和系统仿真，通过综合运用这些方法，深入研究开关电源共模EMI抑制技术，找到有效的解决方案。
拟解决的问题和预期成果：1. 分析开关电源共模EMI的产生机理和特点，深入理解共模干扰的传播途径。
2. 综述当前开关电源共模EMI抑制方法，分析各种方法的优缺点。
3. 通过实验验证各种抑制方法的效果，并对不同抑制技术进行比较与评估。
4. 提出系统级的共模EMI抑制方案，为提高整个电子系统的EMC性能提供参考。
开关电源EMI噪声分析及抑制
运算放大 器芯片
寄生电容 Cp
PWM控 制芯片 功率开关 管芯片
电源正负 输入线
开关电源的寄生电容Cp分布
共模噪声电流
共模噪声电流 噪声电流
开关电源的寄生电容Cp分布
初级差模噪声电流 初级差模噪声电流
在功率开关管Q1开 开关电源 关时，高频脉冲的上 输入直流变换 升和下降所引起的基 回路 波及谐波会沿着输入 滤波电容Ci传向输入 供电端，这种沿着输 入电源线正负端传播 的噪声电流称之为初 级差模噪声电流IDIFF
开关电源EMI噪声分析 及抑制
76081 张辉 刘兴兵 李政
电源噪声基本概念 噪声分析 抑制措施
电源噪声基本概念
电源噪声
电源噪声是电磁 干扰的一种，其传 导噪声的频谱大致 为10kHz～30MHz， 最高可150MHz。
电源噪声，特别是瞬态噪声干扰，其上 升速度快、持续时间短、电压振幅度高、 随机性强，对微机和数字电路易产生严重 干扰。
电源噪声分类 电源噪声分类
传播方向
从电源进线引入 的外界干扰
形成特点
串模干扰
由电子设备产生 并经电源线传导 出去的噪声
共模干扰
电源噪声分析
单端正激式电路图
单端正激式
单端正激式 单端反激式
开 关 电 源 拓 扑
推挽式
电源噪声分析
开关电源在电源线上的传导噪声频谱图
共模噪声电流 共模噪声电流 噪声
屏蔽
发挥屏蔽 效果的关键 是如何设计 屏蔽盒的开 口和连接部 分之间的间 隙。必须增 多屏蔽盒的 连接部分， 从而使开口 和间隙的最 长的边减至 最小。 屏蔽实例比较
接地
为了阻止电路块之间出现噪声干扰，必须减小各个电路块之间的GND阻 抗，以使来自各个电路块的GND电流不会互相干扰。 通过加宽和缩短信号间的接地布局，可减小接地阻抗，这将减小对地势 差。 通常采用混合接板地方式。 对于低频地电流，小 电容阻抗很大，该方式 相当于并行单点接地； 对于高频电流，该方 式相当于多点接板地。 混合接地方式
开关电源中EMI分析以与抑制技术
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MPS 工业抖频电源芯片
MPS
料号
HFC0310 HF900
集成MOS
控制器
900V
功率
<=80W
8W
X电容放电
No
No
抖频
±3.5% ±4%
高压启动
No
Yes
降频
YES
YES
短路保护
YES
YES
过压保护
YES (Latch)
YES
S
CB
S
D4
D3
增大电容或者
增加LC滤波器
IS
2Z LISN
CEqu.
IS
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抑制共模噪声
1. 散热器接原边地- 切断散热器的耦合路径
VP
27
MPS Confidential------Internal Use Only
------Power Diode
Voltage, Vsw Current, Isw
Turn-on
干扰源
t
t
Turn-off 12
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------变压器，电感中的du/dt变化
干扰源
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输入欠压保护
Hysteres is
Hysteresi s
斜坡补偿
YES
YES
HFC0500 控制器 <=80W Yes ±6.7% Yes YES YES
开关电源中EMI干扰源的抑制方案
开关电源中EMI干扰源的抑制方案
介绍辐射干扰的传输通道。
(1)在开关电源中，能构成辐射干扰源的元器件和导线均可以被假设为天线，从而利用电偶极子和磁偶极子理论进行分析;二极管、电容、功率开关管可以假设为电偶极子，电感线圈可以假设为磁偶极子;
(2)没有屏蔽体时，电偶极子、磁偶极子，产生的电磁波传输通道为空气(可以假设为自由空间);
(3)有屏蔽体时，考虑屏蔽体的缝隙和孔洞，按照泄漏场的数学模型进行分析处理。
其次：是传导干扰的传输通道
(1)容性耦合
(2)感性耦合
(3)电阻耦合
a.公共电源内阻产生的电阻传导耦合
b.公共地线阻抗产生的电阻传导耦合
c.公共线路阻抗产生的电阻传导耦合
以下是EMI干扰源相关的抑制方案：
为防止高频变压器的漏磁对周围电路产生干扰，可采用屏蔽带来屏蔽高频变压器的漏磁场。
屏蔽带一般由铜箔制作，绕在变压器外部一周，并进行接地，屏蔽带相对于漏磁场来说是一个短路环，从而抑制漏磁场更大范围的泄漏。
高频变压器，磁心之间和绕组之间会发生相对位移，从而导致高频变压器在工作中产生噪声(啸叫、振动)。
涡街流量计为防止该噪声，需要对变压器
采取加固措施：。
高频开关电源中EMI产生的机理及其抑制方法
1前言
开关电源具有体积小、重量轻、效率高等特点，广泛用于通信、自动控制、家用电器、计算机等电子设备中。但是，其缺点是开关电源在高频条件下工作，产生非常强的电磁干扰（ElectromagneTIc Interference，EMI），经传导和辐射会污染周围电磁环境，对电子设备造成影响。本文从开关电源的电路结构、器件进行分析，探讨了电磁干扰产生的机理及其抑制方法。
图3高频变压器的等效电路模型
从图中可以看到变压器层间的分布电容使开关电源中的高频噪声很容易在初次级之间传递。而且如果电容滤波容量不足或高频特性不好，电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式通过变压器的寄生电容传到交流电源中。
开关电源的体积、重量减小的根本原因是使功率半导体器件工作在高频开关状态，但导致的结果是产生了非常严重的电磁干扰。其原因是在工作过程中产生高的di/dt和dv/dt，以及变压器漏感，电路寄生电感与开关管寄生电容之间的高频震荡。开关电源中的电压波形大多为接近矩形的周期波，比如开关管的驱动波形、MOSFET漏源电压波形等。频率高，一般在kHz以上，上升、下降时间短，dv/dt大，而且通过傅里叶展开以后，包含的谐波频率非常高，很容易污染周围的电磁环境。
2.3输出整流二极管反向恢复造成的电磁噪声
二极管承受反向电压时，PN结内积累的电荷将释放并形成一个反向电流，反向恢复电流脉冲的幅度、脉冲宽度和形状与二极管本身的特性及电路参数有关，而且恢复到零点的时间与结电容等因素有关。高频整流二极管由于反向恢复电流脉冲的幅度和di/dt都很大，它们在引线电感和与其相连接的电路中都会产生很高的感应电压，从而造成很强宽频的瞬态电磁噪声。二极管反向恢复过程电压、电流波形如图4所示。
图2整பைடு நூலகம்器通过的电流波形及电容上的电压波形
开关电源如何解决EMI问题
开关电源以其轻、薄、小和高效率等特点广泛的应用于各类电气设备上，然而也带来了噪声干扰等危害。
在开关电源向更小体积、更高频率、更大功率密度方向发展的同时，其dv/dt，di/dt所带来的EMI噪声也将会更大。
在开关电源向高功率密度发展的同时，解决EMI问题的难度也在不断加大，做好电源内部的EMI设计尤其显得非常重要。
开关电源的主要干扰源集中在功率开关管、整流二极管、高频变压器、储能滤波电感等，其引发主要有五个典型路径，如下所示：1. 高di/dt回路产生差模辐射干扰。
2. 高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰。
3. 差模电流的传导耦合干扰。
4. 高频变压器及其寄生电容对共模噪声的耦合干扰。
5. 整流管反向浪涌电流引起的共模干扰。
1、高di/dt回路产生差模辐射干扰骚扰的路径为mos，变压器原边绕组到电解的环形回路。
在处理无金属外壳电源的辐射问题时，此骚扰路径显得尤为重要。
依据差模环天线的预测公式，在考虑地面反射的情况下；E = 2.6 I A* f *f /D（m V/m），I为骚扰电流，A为环天线的面积，f为骚扰电流频率。
由上式可见，减小环天线辐射的办法是：降低电路的工作频率；控制骚扰电流；减小电路的环路面积。
在实际常用措施中，对开关管加吸收是较有效的方法，当然，能在设计时尽量减小该路径下的回路面积才是最可取的。
2、高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰。
高dv/dt节点至地的电容耦合形成共模干扰是电源最主要的干扰源。
该节点通过寄生电容对地不断充放电，寄生电容就充当了这个共模通路中的驱动电流源的角色。
开关管正常工作需要散热，一般有两种散热方式：通过绝缘垫片贴散热器散热，或者通过绝缘垫片直接贴保护地散热。
从平时的经验来看，第二种散热方式的共模噪声明显强于第一种，所需的EMI滤波电路的衰减能力也更强。
如果开关管通过散热器散热，可以对散热器进行接地处理以减小对保护地的共模电流。
开关管通过绝缘垫贴于散热器上，与散热器之间形成寄生电容C1。
抑制开关电源电磁干扰的方法研究
抑制开关电源电磁干扰的方法研究随着电子产品的普及，开关电源电磁干扰（EMI）变得愈发重要，并且其它设备也受到影响。
EMI是指在某一频率范围内，一种电器或电子设备所产生的相互影响及其他副作用，是指在电网中，开关电源器产生电磁波对其他设备或系统产生的滥用干扰。
开关电源电磁干扰（EMI）会影响电子系统的运行，影响数据和信号传输，从而给电子设备的正常操作，传输和通讯带来影响。
为了研究开关电源电磁干扰，通常需要分析EMI的传播特性、发生机制、特性及其影响。
根据EMI的产生和抑制的原理，可以使用几种不同的方法来抑制开关电源的EMI。
针对开关电源电磁干扰的抑制，可以通过控制电源的设计、结构和配置来减少或抑制EMI，它可以利用信号分析技术、降低电源输出电压和频率、采用电磁兼容电解电容器过滤等等。
此外，EMI的抑制还可以利用物理隔离屏蔽等措施，如空气间隙、电缆屏蔽、屏蔽器件和绝缘材料等。
这些屏蔽措施可以防止电源发射的电磁波，减少传播的电磁能量，从而抑制EMI的产生。
此外，开关电源的EMI可以通过其它传播途径减弱。
这些途径可以被分为传播型和复用型，这两种方法可以通过ECHIP技术对电源进行诊断来减少EMI。
最后，开关电源EMI还可以采用抑制元件，包括吸收材料、滤波器和屏蔽层等。
抑制元件的选择必须根据EMI的频率和传播特性来决定，以便有效地抑制EMI。
综上所述,由于开关电源电磁干扰的特性和发生机制，可以根据其它传播途径、物理隔离屏蔽、ECHIP技术等来采用多种方法来抑制电源电磁干扰。
这些方法可以很好地减少电源发射的电磁波，并有效减少EMI产生和传播特性，从而抑制电源电磁干扰。
上述研究结果表明，在进行开关电源设计和性能调优时，应重视EMI的抑制，采取有效的抑制措施，以防止 EM I发生和传播，从而达到有效的电磁兼容。
开关电源EMI噪声分析及抑制
开关电源EMI噪声分析及抑制开关电源是一种高效率的电源转换器，能将电能转换为不同电压、电流和频率的输出。
然而，由于其高频开关行为引起的电磁干扰（EMI）噪声，可能对其他电子设备和通信系统产生不良影响。
因此，EMI噪声的分析和抑制对于开关电源设计和应用至关重要。
EMI噪声源主要包括开关器件、开关电容和开关电感。
开关器件的开关动作会产生脉冲干扰，频率可达数MHz至数GHz。
开关电容和开关电感则会导致谐振效应，形成谐振峰，并产生共模和差分噪声。
为了对EMI噪声进行分析，通常需要进行频谱分析。
可以使用频谱分析仪来测量开关电源的频谱，并确定EMI噪声的频率范围和幅度。
根据测量结果，可以采取相应的措施来抑制EMI噪声。
首先，选择合适的滤波器。
在开关电源的输入端和输出端都可以加入滤波器，以滤除高频噪声。
常用的滤波器包括电源型滤波器、陷波滤波器和共模滤波器等。
电源型滤波器通常采用电容和电感组成，并将高频噪声短路至地。
陷波滤波器则能够抑制特定频率的噪声，而共模滤波器则能滤除共模噪声。
其次，可以采取屏蔽措施。
通过将敏感部件（例如传感器和高速信号线）包裹在屏蔽层中，可以阻挡电磁辐射对其的干扰。
屏蔽可以采用金属盒、铜箔和铁氧体等材料实现。
此外，还可以采用良好的地线布局和绝缘层来提高屏蔽效果。
此外，优化PCB设计也是抑制EMI噪声的重要手段。
首先，在布局设计时，应尽量减小回路面积和环路面积，以降低信号线的长度和电流回路的大小。
其次，应使用短而宽的连线，以减小线路的电感和电阻。
而在布线设计时，则需要注意信号线和电源线的分离，避免共模干扰。
此外，由于高频信号对连线的特殊要求，可以采用扇形隔离和差分传输等技术来提高电路的抗干扰能力。
最后，还可以通过使用低EMI噪声的开关元件、降低开关频率和斩波频率来抑制EMI噪声。
开关元件的选择应具备低开关电流和低开关损耗的特性，以减小开关动作带来的噪声。
而降低开关频率和斩波频率则是通过改变控制电路来实现的，可以减小时域和频域上的噪声。
开关电源的传导EMI分析与抑制
在 MOSFET 交流电压分量单独作用下，副边电流源开路，由于副边流过电
流为零，所以原边电流也为零，在此变压器就不起作用了，只有励磁电感 Lm， 将上述电路图简化其等效电路图为：
在 MOSFET 单独作用下，其差模成分路径为：
其中，差模成分分两条支路，一条如红色所示，另一条如蓝色所示。在此等 效电路中，滤波电容 CB 一条支路给差模成分提供了路径，可以知道如果减小滤 波电容 CB 的阻抗， 则对差模成分分流更多， 在电阻 R1 和 R2 形成的电压会更小， 仪器检测幅值更低，一般我们都选取等效串联阻抗较小的滤波电容。另一条支路 中有激磁电感 Lm，单从差模成分的抑制方面考虑，增加激磁电感 Lm 的值可以
开关电源中的传导 EMI 分析与抑制
一、开关电源传导 EMI 产生的根源
1、测试传导 EMI 的线路图
LISN— Line Impedance Stabilization Network 源阻抗稳定网络（人工电源网络） 。 LISN 是电力系统中电磁兼容中的一项重要辅助设备。它可以隔离电网干扰，提 供稳定的测试阻抗，并起到滤波的作用。 LISN 是在进行传导干扰发射测试中，为了客观地考核受试设备（DUT）的 干扰，在电网与受试设备之间加入的网络。该网络具有以下功能： 1、在规定的频率范围内提供一个规定的稳定的线路阻抗。由于电网受各种 因素影响，使其线路阻抗不稳定。可是，在传导干扰的测量中，阻抗是非常重要 的。为了用电压法在进行传导发射电压的测量中能有一个统一的测试条件，而人 为的拟制一个稳定的线路阻抗。一般在射频段提供 50Ω网络阻抗。 2、 LISN 将电网与受试设备进行隔离。 供给 DUT 的电源必须是纯净的。 否则，电网将会向 DUT 注入干扰，EUT 也 会向电网馈入干扰，这就会在 EMC 分析仪上搞不清哪些是 EUT 上的干扰。所以，只有将二者隔离，测量结果才是 有效的。
开关电源的EMI处理方法
开关电源的EM I处理方法一、开关电源EMI整改中，关于不同频段干扰原因及抑制办法。
1MHZ以内，以差模干扰为主。
①增大X电容量；②添加差模电感；③小功率电源可采用 PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。
1MHZ-5MHZ，差模共模混合，采用输入端并联一系列 X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决，①对于差模干扰超标可调整 X 电容量,添加差模电感器，调差模电感量；②对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制；③也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如 FR107 一对普通整流二极管1N4007。
5M以上，以共摸干扰为主，采用抑制共摸的方法。
对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕 2-3 圈会对 10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用; 可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环. 处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。
20-30MHZ，①对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置；②调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值；③在变压器外面包铜箔；变压器最里层加屏蔽层；调整变压器的各绕组的排布。
④改变PCB LAYOUT；⑤输出线前面接一个双线并绕的小共模电感；⑥在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数；⑦在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE；⑧在变压器的输入电压脚加一个小电容。
⑨可以用增大MOS驱动电阻.30-50MHZ，普遍是MOS管高速开通关断引起。
①可以用增大MOS驱动电阻；②RCD缓冲电路采用1N4007 慢管；③VCC供电电压用1N4007 慢管来解决；④或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感；⑤在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路；⑥在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE；⑦在变压器的输入电压脚加一个小电容；⑧PCB心LAYOUT 时大电解电容，变压器，MOS构成的电路环尽可能的小；⑨变压器，输出二极管，输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。
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34
MPS Confidential------Internal Use Only
变压器的共模噪声以及抑制
2. 优化变压器的共模噪声
c. 平衡和干扰对消法-3
35 35
MPS Confidential------Internal Use Only
PCB布局对噪声的影响
环路小 分开不同的环路
输入环路尽可能的小 高频环路尽可能小
C PS2 V D2
C PS2 1 Z LISN 2 V D2
17 17
MPS Confidential------Internal Use Only
差模耦合路径
------反激差模耦合路径
LISN D1 D2
IS
AC
CB
S D4 D3
Equivalent Noise Model 2Z LISN
C Equ.
8
HV
VCC
CS
GND
HFC0500
3 4 6 5
VCC
DRV
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抑制干扰源
HFC0500抖频控制电路
2.72uA
14pF
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抑制差模噪声
LISN D1 D2
S
AC
15 15
MPS Confidential------Internal Use Only
共模耦合路径
------ 反激耦合路径2
C SP V D1
C SP 1 Z LISN 2 V D1
16 16
MPS Confidential------Internal Use Only
共模耦合路径
------ 反激耦合路径3
电磁兼容的三要素
干扰源
耦合路径
敏感设备 接受机
开关电源
耦合路径
LISN
The Future of Analog IC Technology®
干扰源
------MOS
Voltage, Vsw
关断
t
Current, Isw
t
开通
11
The Future of Analog IC Technology®
A B
C SP
C
D
isp
Cps
ips
Ips
X-3
A x
C PS 1 Z LISN 2
VP
5-6 4-X
x B
30 The Future of Analog IC Technology®
变压器的共模噪声以及抑制
2. 优化变压器的共模噪声
c. 平衡和干扰对消法-1
A B
C SP
C D
isp
加屏蔽后： Cps Csp
<=80W
No ±3.5% No YES YES YES (Latch) Hysteres is YES
8W
No ±4% Yes YES YES YES Hysteresi s YES
<=80W
Yes ±6.7% Yes YES YES YES Timer Based YES
*
TIMER FB
1 2
CB
S D4 D3
增大电容或者 增加LC滤波器
2Z LISN
C Equ.
IS
2Z LISN
C Equ.
IS
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抑制共模噪声
1. 散热器接原边地- 切断散热器的耦合路径
VP
27
MPS Confidential------Internal Use Only
Cps
Csp
C SP
isp
A B
C D
ips
增加Ca, ips=isp，icm=0.
MPS Confidential------Internal Use Only
33 33
变压器的共模噪声以及抑制
2. 优化变压器的共模噪声
c. 平衡和干扰对消法-2
Without Cadd With Cadd
34
Monolithic Power Systems
®
开关电源中的EMI分析以及抑制技术
The Future of Analog IC Technology
®
内容
• 电磁兼容的简介 • 开关电源中的电磁干扰分析 • 电磁干扰的抑制技术
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c. 平衡和干扰对消法-1
dBμV 100 90
Two traditional Shielding
dBμV 100 90
Optimized Shielding length
80
70 60 50 40 30 20 10 0 0.15 1 10 30 MHz
80
70 60 50 40 30 20 10 0 0.15 1 10 30 MHz
变压器的共模噪声以及抑制
2. 优化变压器的共模噪声
a. 改变变压器的端子来减小Cps
A B
C
D
C-D
C-D
X-A
B
A-B A-B
A
C-D
A x x B
A 差 好
B
B-X
最差
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变压器的共模噪声以及抑制
2. 优化变压器的共模噪声
b. 采用屏蔽较小Cps
LISN-线路阻抗稳定性网络
电网 差模噪声 共模噪声
滤除电力线中的干扰 阻止开关电源中的干扰进入到电力线 在150k-30MHz频率范围内能够提供稳定的50ohm
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共模耦合路径
------ 反激耦合路径1
CPS VP
C PS 1 Z LISN 2 VP
干扰源
------Power Diode
t
Voltage, Vsw
Current, Isw
t
Turn-off Turn-on 12
The Future of Analog IC Technology®
干扰源
------变压器，电感中的du/dt变化
The Future of Analog IC Technology®
IS
18 18
MPS Confidential------Internal Use Only
19 19
MPS Confidential------Internal Use Only
如何抑制EMI
开关电源
耦合路径
LISN 抑制干扰来自 切断耦合路径The Future of Analog IC Technology®
A(f)
Tr/Tf Increase
1 Duty π× fs
1 π× tr
f
1 Duty π× fs
1 π× tr
f
减小开关频率 减小du/dt
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抑制干扰源
增大驱动电阻 增加snubber电路
平衡 EMI
效率
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抑制干扰源
A(t) -----FFT
1 Duty fs
A(f)
----f傅里叶分析
tr=tf
- 20dB/Dec - 40dB/Dec
FFT
tr
1 / fs
tf
t
1 Duty π× fs
1 π ×t r
f
Duty Increase
A(f)
占空比，开关频率，以及tr、tf的影响 fs Increase
电磁干扰的标准
电磁干扰测试标准
• • • CISPR14 /EN55014 CISPR15 /EN55015 CISPR22 /EN55022 家电，电动工具 照明产品 开关电源
EN55022
The Future of Analog IC Technology®
The Future of Analog IC Technology®
电磁干扰的危害
干扰导致设备系统性能下降、无法工作甚至损坏
电网保护装置误动作，导致电网事故
通信故障、中断，影响飞机导航危及人身安全
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电磁干扰的危害
电子设备损坏的原因
，
电磁干扰的危害不容小觑
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ips isp
θ =0 Ips<isp，
ips
d Core
X-3
A x
Pri. winding Shielding Sec. winding
5-6 4-X
x B
ips=isp，icm=0
θ
31
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变压器的共模噪声以及抑制
2. 优化变压器的共模噪声
抑制共模噪声
2. 优化变压器的共模噪声
C SP
V D1
VP
C PS
+ VD1 Zcm Csp Cps
VP
输出电压比较低且原边没有屏蔽时，Vp是主要共模干扰源
+ 输出电压比较高且原边有屏蔽时，需要考虑VD1的共模干扰