开关电源的电磁兼容设计

4 结束语
样，金属壳封装与散热器之间就存在了寄生电 高速开关线平行。
开关电源的电磁兼容设计一定要在设计
容，将功率晶体管上由电压变化率 dv/dt 产生的
3.2 功率晶体管的电磁兼容设计
之初就要考虑，从源头抓起，切断耦合途径，这
干扰向周围辐射。
如前所述，由于电流变化率 di/dt 增大，导 样才能够更有效、更节约成本、更快地完成。
撑件，它提供电路元件和器件之间的电气连接， 生公共阻抗耦合。
它的性能直接关系到开关电源的干扰及抗干扰
3.1.3 高、中、低速逻辑电路在 PCB 上要用
能力。由于 PCB 布线没有严格的规定，也没有 不同区域。
能覆盖所有 PCB 布线的专门的规则，因此在
3.1.4 安排电路时要使得信号线长度最小。
PCB 步线设计中，有些产品设计师往往只注重
由于开关电源在重量、体积及能耗等方面
3 电磁兼容的设计
容量和介质的介电常数成正比，因此在选择绝
都比线性电源有显著减少，而且对整机多项指
3.1 PCB 的电磁兼容设计
缘时要尽量采用导热性能好、介电常数小的绝
标有良好影响，达到了频率高、效率高、功率密
首先，要考虑 PCB 尺寸大小。电路板的最 缘，陶瓷垫片是一个比较好的选择。
绕组组成，各绕组之间就存在了寄生电容，将脉 的。主动型的抑制方法是采取较先进的电源拓 [2]白同云，吕晓德.电磁兼容设计[M].北京：北京
冲电流流过时产生的干扰向周围辐射。另一方 扑，例如零转换 - PWM 软开关变换，能够从根 邮电大学出版社，2001，3.
面，功率变压器的一次侧与二次侧之间不可能 源上解决问题。
的研究，随之产生了电磁兼容这个概念。电磁兼 置，将高频电路与低频电路分开。此外，布局中 界面处有最大值。在副边绕组的外层处，磁动势
容设计的目的是使所设计的电子设备或系统在 还应特别注意强、弱信号的器件分布及信号传 减少到零。磁动势增加意味着漏电感增加。三文
预期的电磁环境中实现电磁兼容。其要求是使 输方向途径等问题。
频率的提高，流过功率晶体管的电流变化率
3.1.9 印制板按频率和电流开关特性分区，
di/dt 也相应提高，从而产生干扰。另一方面，功 噪声元件与非噪声元件要距离再远一些。
图 1 简单绕法（a）和三文治绕法（b）的磁动势示意图
率晶体管为了散热一般要固定在散热器上，这
3.1.10 对噪声敏感的布线不要与大电流，
度高、功率因数高、可靠性高。因此开关电源具 佳形状为矩形，长宽比为 3：2 或 4：3。PCB 尺寸
3.3 功率变压器的电磁兼容设计
有更强的竞争实力，应用领域不断扩大，但同时 过大时，印制线条长，阻抗增加，抗噪声能力下
功率变压器设计首先要选取几何结构，其
又遇到了新问题，能否全面贯彻电磁兼容各项 降，成本也增加；过小，则散热不好，且邻近线条 中罐状结构较适用于低 EMI 或 RFI 的场合，因
2.3 功率变压器产生的干扰
致很大的浪涌电压和关断噪声。最常用的抑制
参考文献
在开关电源中，功率变压器设计的好坏起 方法就是增加 RC 浪涌电压保护电路，增加磁 [1]蔡仁钢.电磁兼容原理、设计和预测技术[M].
着举足轻重的作用。功率变压器一般都由几组 珠，增大栅极的驱动电阻。这些方法都是被动型 北京：北京航空航天大学出版社，1997，12.
[3]邱焱，肖雳.电磁兼容标准与认证[M].北京：北
完全耦合，会产生漏磁，将提高功率晶体管上的
功率晶体管通过散热器向周围辐射噪声 京邮电大学出版社，2001，11.
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随着现代科学技术的发展，电气及电子设
电子设备中数字电路、模拟电路以及电源 响，为了把漏感减到尽可能小的程度，功率变压
备的数量及种类不断增加，同时也产生了越来 电路的元件布局和布线其特点各不相同，它们 器一般要采用三文治绕法的结构。图 1（a）示出
越多的有害的电磁干扰。电磁干扰是指电磁骚 产生的干扰以及抑制干扰的方法也不相同。此 简单绕法的原边与副边绕组形成的磁动势 m.
扰引起的设备、传输通道或系统性能的下降。为 外高频、低频电路由于频率不同，其干扰以及抑 m.f。图 1（b）示出三文治绕法的原边与副边绕组
了保障电子设备和系统的正常工作，许多国家 制干扰的方法也不相同。所以在元件布局时，应 形成的磁动势 m.m.f。在简单绕法中，磁动势随
和国际组织都先后开展了控制和抑制电磁干扰 该将数字电路、模拟电路以及电源电路分别放 原边绕组的匝数增加而增加，到原、副边绕组交
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开关电源的电磁兼容设计
于昊 （哈尔滨富创硕电子科技有限公司，黑龙江 哈尔滨 150090）
摘 要：阐述了电磁兼容设计的目的，并分析了开关电源产生电磁干扰的原因及其应对措施。 关 键 词 ：开关电源；电磁兼容；EMI
引言
电压尖峰，增大了功率晶体管的干扰。
的抑制方法是减少寄生电容，由于寄生电容的
标准。特别是我国已加入世界贸易组织，3C 认 易受干扰。在确定 PCB 尺寸后．再确定特殊元 为骨架中心柱上的线圈几乎完全被铁氧体材料
证已为强制认证，必须满足电磁兼容。
件的位置。最后，根据电路的功能单元，对电路 包住，从而有效地减少了辐射磁场。
1 电磁兼容
的全部元器件进行布局。
绕组结构对变压器的性能有很重要的影
3.1.1 低电平信号通道不能靠近高电平信 变压器内部原、副边之间要加电磁屏蔽，能够更
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一个污染源。
号通道和无滤波的电源线，包括能产生瞬态过 有效地抑制辐射干扰。
2 开关电源电磁干扰的原因
冲的电路。
2.1 PCB 布线产生的干扰
3.1.2 将低电平的模拟电路和数字电路分
PCB 是开关电源中电路元件和器件的支 开，避免模拟电路、数字电路和电源公共回线产
而不是消除这些问题。在很多例子中，就算加上
3.1.7 DC/DC 变换器、开关元件和整流器
滤波器和元器件也不能解决这些问题。
应尽可能靠近变压器放置，以使其导线长度最
2.2 开关功率晶体管产生的干扰
小。
在开关电源中，为了减小变压器的体积，
3.1.8 尽可能靠近整流二极管放置调压元
要尽量提高开关功率晶体管的开关频率。随着 件和滤波电容器。
3.1.5 保证相邻板之间、同一板相邻层面之
提高密度，减小占用空间，制作简单，或追求美 间、同一层面相邻布线之间不能有过长的平行
观，布局均匀，忽视了线路布局对电磁兼容性的 信号线。
影响，使大量的信号辐射到空间形成骚扰。一个
3.1.6 电磁干扰（EMI）滤波器要尽可能靠
拙劣的 PCB 布线能导致更多的电磁兼容问题， 近 EMI 源，并放在同一块线路板上。
治绕法，磁动势最大值减少了，它在原边绕组的
电子设备或系统满足 EMC 标准的规定并具有
电路元件和信号通路的布局必须最大限 中心是零。三文治绕组一般把原边分成二半，把
两方面的能力：a. 能在预期的电磁环境中正常 度地减少无用信号的相互耦合：
副边绕组夹在中间。为了更好地实现电磁兼容，
工作，无性能降低或故障；b.对该电磁环境不是