开关电源EMC设计实用技术培训讲义

技巧 回路包围面积包含空间和方向的概念，不局限为平面
脉冲电流回路划分
1、拓扑电流回路 It，流过典型拓扑电流，是开关电源拓扑成立的前提 2、脉冲电流回路 Ip，流过拓扑续流电流或者二极管反向恢复电流，可能包含较多
的毛刺和噪音能量
对策
脉冲电流回路包围面积最小化是开关
回路包围面积最小化 电源布局设计的首要线索，是开关电
源工程师必须掌握的基本概念和技能
一个不少找出所有脉冲电流回路处理 末端优先、脉冲电流回路优先 回路阻抗、电流应力、器件工况评估
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地
哪是地？
大地
电网
暗房
开关电源与电网或暗房的连接处
地球人的基本共识
大面积接地、无限大容量、无限低阻抗 电网是个无限大接地体，上电即为接地
暗房=EMC黑体，接地做到极致
辐射能量向远端聚集
EMC测试装备
开关电源
负载
结论 开关电源输入端子就是地
而不是其他任何地方 L、N、PE 端子都是地，它就在PCB板上，触手可及 当你想解决EMC问题时，输入端子就是地【EMC地】 你把输入端子看成是能量输入端口时，它也可以是地
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信号、结构
基本 信号
脉冲电流信号 6个: 2个拓扑,各2个;副边2个,正反向各1个（环路包围面积最小化处理） 热点电压信号 原边2个热点；副边1个（分布范围最小化处理，近地屏蔽） 频率信号（频率、波形） 磁场信号（漏磁） 电场信号（静电） 外部信号（EMS）
不利 结构
输入线结构 脉冲电流环路包围面积 环路中的地的连接结构 各环路之间的耦合结构
4 输入端子接地是关键特征 所有的EMC辐射，都是相
对于地而存在
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接地
地的传递 大地 输入端子 共模电感按单元传递
连接,硅桥,电容传递
副边、输出端子、负载
EMC接地
EMC接地的设计的目标是使每种EMC信号具有明确接地回路 通过接地来构成最有利的EMC结构，规避不利的EMC结构
对于EMC辐射干扰：EMC设计最有效的措施是输出端子接地 使输出端子对地呈等电位体，从而使输出端以远的辐射为零 这相当于从电气上屏蔽了开关电源这个辐射体
连接层面 接地阻抗 最小阻抗连接 接地噪音 最小噪音连接 接地电位 等电位连接
电路层面
地线连接结构和布局 地向远端传递的结构 拓扑接地和控制接地
结构层面
今天咱说 点实在的
三大原理：电磁场、能量守恒、电路 三大要素：信号、结构、地
信号 各种EMC有效信号，根源是开关动作波形；开关电源就是骚扰源
结构 地
EMC对结构敏感，路径、位置、尺度、屏蔽体、热点、振子 … … 信号是通过不利结构才显现为EMC问题的，信号+不利结构=激励源
地是一种有利结构，也叫背景、黑体、参照系、基准 地是最重要的EMC基础结构，谈论EMC一切从地谈起
等电位连接 布线 布局 工艺
拓扑电路 吸收缓冲 寄生参数
机壳 敷铜 隔离
接地 结构 信号 屏蔽
负载 Cout偶极子 振子 漏磁 脉冲电流回路 脉冲电压(热点) 差模电流 开关电源
大地
位置
负载
输出端子
副பைடு நூலகம் 变压器
原边
输入端子
配电
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理论依据
麦克斯韦方程
空间任意一点的电场变化与其 垂直方向上的磁场变化相对应
6、连接点就是两个系统的边界，零与非零的分界点，临界点， 基准点，参考点，参照点。叫什么都是一个意思：这就是地！
7、如果有两个连接点，两个都是地，三个也一样，而且没有 重点，没有区别，没有例外
8、上述所有端子之间阻抗为零
9、如果其中任意一个端子对另一个参照系（比如大地）阻抗 为零，则所有端子对这个参照系阻抗为零
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李义（nc965） 2017年 重庆
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问题的提出
EMC是啥？ 设备内部干扰
电磁兼容 EMC
设备之间干扰 外部干扰 ….
通过电网 通过传输线 通过空间
传导 谐波
辐射
EMC难在哪？
因素复杂 不易掌控
说法各异 难觅规律 不靠谱
抓狂
基本观念
有人总结
三规律：费效、环路电流、频率 三要素：骚扰源、路径、敏感设备
配电
1、开关电源（及其负载）是个辐射体
2、除了开关电源（及其负载)）以外的 任何地方不能是辐射体
3、在开关电源与测试系统的连接处， 开关电源一侧才能是辐 射体，系统一侧不能是辐射体
4、因此连接点辐射强度必须归零【黑体】
5、如果有两个电气连接点，这两个点都必须归零，三个也一 样，而且没有重点，没有区别，没有例外
开关电源共模电流等效辐射模型
引申
1 磁场作用与电场作用等效 2 信号、激励源、天线等效
开关电源伪鞭状天线模型与 得到 3 其共模电流辐射模型等效
麦克斯韦方程 安培环路定理
1 共模电流与辐射等效
2 开关电源与天线等效
结论 3
多数开关电源的尺度远远 小于EMC辐射波长的1/4: 300~30MHz对应0.25～2.5m 在天线长度不足的情况下 辐射能量向天线末端集聚
各类屏蔽接地 机壳接地 散热器接地
以天线 的视角 观察接 地效果
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激励源——脉冲电流回路
脉冲电流回路是开关电源最强劲的电流回路，含有最丰富的 EMC有效信号，是开关电源EMC干扰的源泉，其余EMC干 扰信号都可以理解为这个回路信号的泄漏或者扩散的结果
结构 特征
一个脉冲电流环路结构为主（磁场作用） 它包含1个热点结构（电场作用） 还包含1个滤波结构及其偶极子结构（信号影响） 还可能包含1~2段接地阻抗结构（接地电位差影响） 一个拓扑的两个脉冲电流回路有部分重叠 两个回路可能共地或不共地
连接线由暗房操心，室内布线由配电操心，你不必操心
标准：暗房是一杆秤,秤白菜用的,它不是标准,砝码才是 理论层面：如果一种EMC理论不涉及地，就是重大缺失 拓扑层面：如果缺乏地这个基本连接和信号，EMC拓扑 结构不能建立，无法上升到系统阐述和设计的高度
信号层面：地就在PCB板上，是一切EMC信号的基准
热点（浮地）分布 热点与近地,远地,大地的耦合 热点对其他热点,副边,敏感端子,浮体的耦合
元器件的EMC结构 电路的EMC结构 偶极子结构 各种屏蔽结构 接地结构 几何结构
最不利结构是输出端子，在几何上电气上最远离地
传输线结构 负载结构
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因素
EMC激励源
影响方式
激励源
最短路径连接 最小噪音连接