摘要：本文先分析了開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)理， ，就目前幾種有效的開關(guān)電源電磁干擾措施進(jìn)行了分析比較，并為開關(guān)電源電磁干擾的進(jìn)一步研究提出參考建議。

　　目前，許多大學(xué)及科研單位都進(jìn)行了開關(guān)電源EMI（Electromagnetic Interference）的研究，他們中有些從EMI產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，有些從EMI 產(chǎn)生的影響出發(fā)，都提出了許多實(shí)用有價值的方案。這里分析與比較了幾種有效的方案，并為開關(guān)電源EMI 的抑制措施提出新的參考建議。

　　一、開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理

　　開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。現(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：

　　1、二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾

　　高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化（di/dt）。

　　2、開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾

　　功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸進(jìn)電流波形在阻性負(fù)載時近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時，這種諧波干擾將會很小。另外，功率開關(guān)管在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會產(chǎn)生尖峰干擾。

　　3、交流輸進(jìn)回路產(chǎn)生的干擾

　　無工頻變壓器的開關(guān)電源輸進(jìn)端整流管在反向恢復(fù)期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。

　　開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸進(jìn)輸出線傳播出往而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸進(jìn)輸出線傳播時，都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

　　4、其他原因

　　元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不公道都會造成EMI干擾。

　　二、開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)

　　作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大;干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚;開關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場干擾;而印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。

　　三、EMI測試技術(shù)

　　目前診斷差模共模干擾的三種方法：射頻電流探頭、差模抑制網(wǎng)絡(luò)、噪聲分離網(wǎng)絡(luò)。用射頻電流探頭是丈量差模 共模干擾最簡單的方法，但丈量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限值比較要經(jīng)過較復(fù)雜的換算。差模抑制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單（見圖1），丈量結(jié)果可直接與標(biāo)準(zhǔn)限值比較，但只能丈量共模干擾。噪聲分離網(wǎng)絡(luò)是最理想的方法，但其關(guān)鍵部件變壓器的制造要求很高。

　　四、目前抑制干擾的幾種措施

　　形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而，抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面著手。首先應(yīng)該抑制干擾源，直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑（見圖2）;第三是進(jìn)步受擾設(shè)備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道，它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。

　　采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如，功率開關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時需要導(dǎo)熱性能好的盡緣片進(jìn)行盡緣，這就使器件與底板和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容，開關(guān)電源的底板是交流電源的地線，因而通過器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸進(jìn)端產(chǎn)生共模干擾，解決這個題目的辦法是采用兩層盡緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，切斷了射頻干擾向輸進(jìn)電網(wǎng)傳播的途徑。為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射，電磁干擾對其他電子設(shè)備的影響，可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩，然后將整個屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體，就能對電磁場進(jìn)行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如，靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場的干擾;電磁屏蔽用的導(dǎo)體原則上可以不接地，但不接地的屏蔽導(dǎo)體時常增強(qiáng)靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng)，所以仍以接地為好，這樣使電磁屏蔽能同時發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連，可為信號回路提供穩(wěn)定的參考電位。因此，系統(tǒng)中的安全保護(hù)地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后，終極都與大地相連。在電路系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則，假如形成多點(diǎn)接地，會出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線穿過該回路時將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地，利用一個導(dǎo)電平面（底板或多層印制板電路的導(dǎo)電平面層等）作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后，再連接到公共參考點(diǎn)上。

　　濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的辦法。例如，在電源輸進(jìn)端接上濾波器，可以抑制開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，也可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán)，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。

　　EMI濾波技術(shù)是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施，可以濾除多種原因產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。圖3是一種由電容、電感組成的EMI濾波器，接在開關(guān)電源的輸進(jìn)端。電路中，C1、C5是高頻旁路電容，用于濾除兩輸進(jìn)電源線間的差模干擾;L1與C2、C4;L2與C3、C4組成共模干擾濾波環(huán)節(jié)，用于濾除電源線與地之間非對稱的共模干擾;L3、L4的初次級匝數(shù)相等、極性相反，交流電流在磁芯中產(chǎn)生的磁通相反，因而可有效地抑制共模干擾。測試表明，只要適當(dāng)選擇元器件的參數(shù)，便可較好地抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。

　　五、目前開關(guān)電源EMI抑制措施的不足之處

　　現(xiàn)有的抑制措施大多從消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑出發(fā)，這確是抑制干擾的一種行之有效的辦法，但很少有人涉及直接控制干擾源，消除干擾，或進(jìn)步受擾設(shè)備的抗擾能力，殊不知后者還有很多發(fā)展的空間。

　　六、改進(jìn)措施的建議

　　我以為目前從電磁干擾的傳播途徑出發(fā)來抑制干擾，已漸進(jìn)成熟。我們的視點(diǎn)要回到開關(guān)電源器件本身來。從多年的工作實(shí)踐來看，在電路方面要留意以下幾點(diǎn)：

　　（1）印制板布局時，要將模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)公道地分開，電源和地線單獨(dú)引出，電源供給處匯集到一點(diǎn);PCB布線時，高頻數(shù)字信號線要用短線，主要信號線最好集中在PCB板中心，同時電源線盡可能闊別高頻數(shù)字信號線或用地線隔開。其次，可以根據(jù)耦合系數(shù)來布線，盡量減少干擾耦合。（見表1）

　　（2）印制板的電源線和地線印制條盡可能寬，以減小線阻抗，從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。

　　（3）器件多選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長度，以減小元件分布電感的影響。

　　（4）在Vdd及Vcc電源端盡可能靠近器件接進(jìn)濾波電容，以縮短開關(guān)電流的流通途徑，如用10μF鋁電解和0 1μF電容并聯(lián)接在電源腳上。對于高速數(shù)字IC的電源端可以用鉭電解電容代替鋁電解電容，由于鉭電解的對地阻抗比鋁電解小得多。

　　結(jié)　論

　　產(chǎn)生開關(guān)電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作。全面抑制開關(guān)電源的各種噪聲會使開關(guān)電源得到更廣泛的應(yīng)用。　　摘要：本文先分析了開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的機(jī)理， ，就目前幾種有效的開關(guān)電源電磁干擾措施進(jìn)行了分析比較，并為開關(guān)電源電磁干擾的進(jìn)一步研究提出參考建議。

　　目前，許多大學(xué)及科研單位都進(jìn)行了開關(guān)電源EMI（Electromagnetic Interference）的研究，他們中有些從EMI產(chǎn)生的機(jī)理出發(fā)，有些從EMI 產(chǎn)生的影響出發(fā)，都提出了許多實(shí)用有價值的方案。這里分析與比較了幾種有效的方案，并為開關(guān)電源EMI 的抑制措施提出新的參考建議。

　　一、開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理

　　開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分，可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分，可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。現(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明：

　　1、二極管的反向恢復(fù)時間引起的干擾

　　高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化（di/dt）。

　　2、開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾

　　功率開關(guān)管在導(dǎo)通時流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸進(jìn)電流波形在阻性負(fù)載時近似為矩形波，其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時，這種諧波干擾將會很小。另外，功率開關(guān)管在截止期間，高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變，也會產(chǎn)生尖峰干擾。

　　3、交流輸進(jìn)回路產(chǎn)生的干擾

　　無工頻變壓器的開關(guān)電源輸進(jìn)端整流管在反向恢復(fù)期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。

　　開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸進(jìn)輸出線傳播出往而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾;而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸進(jìn)輸出線傳播時，都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。

　　4、其他原因

　　元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不公道都會造成EMI干擾。

　　二、開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)

　　作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大;干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚;開關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場干擾;而印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。

　　三、EMI測試技術(shù)

　　目前診斷差模共模干擾的三種方法：射頻電流探頭、差模抑制網(wǎng)絡(luò)、噪聲分離網(wǎng)絡(luò)。用射頻電流探頭是丈量差模 共模干擾最簡單的方法，但丈量結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)限值比較要經(jīng)過較復(fù)雜的換算。差模抑制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單（見圖1），丈量結(jié)果可直接與標(biāo)準(zhǔn)限值比較，但只能丈量共模干擾。噪聲分離網(wǎng)絡(luò)是最理想的方法，但其關(guān)鍵部件變壓器的制造要求很高。

　　四、目前抑制干擾的幾種措施

　　形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設(shè)備。因而，抑制電磁干擾也應(yīng)該從這三方面著手。首先應(yīng)該抑制干擾源，直接消除干擾原因;其次是消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑（見圖2）;第三是進(jìn)步受擾設(shè)備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是用切斷電磁干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合通道，它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。

　　采用屏蔽技術(shù)可以有效地抑制開關(guān)電源的電磁輻射干擾。例如，功率開關(guān)管和輸出二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時需要導(dǎo)熱性能好的盡緣片進(jìn)行盡緣，這就使器件與底板和散熱器之間產(chǎn)生了分布電容，開關(guān)電源的底板是交流電源的地線，因而通過器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸進(jìn)端產(chǎn)生共模干擾，解決這個題目的辦法是采用兩層盡緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，切斷了射頻干擾向輸進(jìn)電網(wǎng)傳播的途徑。為了抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的輻射，電磁干擾對其他電子設(shè)備的影響，可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩，然后將整個屏蔽罩與系統(tǒng)的機(jī)殼和地連接為一體，就能對電磁場進(jìn)行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如，靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場的干擾;電磁屏蔽用的導(dǎo)體原則上可以不接地，但不接地的屏蔽導(dǎo)體時常增強(qiáng)靜電耦合而產(chǎn)生所謂“負(fù)靜電屏蔽”效應(yīng)，所以仍以接地為好，這樣使電磁屏蔽能同時發(fā)揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點(diǎn)與大地相連，可為信號回路提供穩(wěn)定的參考電位。因此，系統(tǒng)中的安全保護(hù)地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后，終極都與大地相連。在電路系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)遵循“一點(diǎn)接地”的原則，假如形成多點(diǎn)接地，會出現(xiàn)閉合的接地環(huán)路，當(dāng)磁力線穿過該回路時將產(chǎn)生磁感應(yīng)噪聲，實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)接地”。因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點(diǎn)接地，利用一個導(dǎo)電平面（底板或多層印制板電路的導(dǎo)電平面層等）作為參考地，需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進(jìn)一步減小接地回路的壓降，可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，應(yīng)分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨(dú)連接后，再連接到公共參考點(diǎn)上。

　　濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的一種很好的辦法。例如，在電源輸進(jìn)端接上濾波器，可以抑制開關(guān)電源產(chǎn)生并向電網(wǎng)反饋的干擾，也可以抑制來自電網(wǎng)的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環(huán)，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當(dāng)?shù)卦O(shè)計或選擇濾波器，并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術(shù)的重要組成部分。

　　EMI濾波技術(shù)是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施，可以濾除多種原因產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。圖3是一種由電容、電感組成的EMI濾波器，接在開關(guān)電源的輸進(jìn)端。電路中，C1、C5是高頻旁路電容，用于濾除兩輸進(jìn)電源線間的差模干擾;L1與C2、C4;L2與C3、C4組成共模干擾濾波環(huán)節(jié)，用于濾除電源線與地之間非對稱的共模干擾;L3、L4的初次級匝數(shù)相等、極性相反，交流電流在磁芯中產(chǎn)生的磁通相反，因而可有效地抑制共模干擾。測試表明，只要適當(dāng)選擇元器件的參數(shù)，便可較好地抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的傳導(dǎo)干擾。

　　五、目前開關(guān)電源EMI抑制措施的不足之處

　　現(xiàn)有的抑制措施大多從消除干擾源和受擾設(shè)備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑出發(fā)，這確是抑制干擾的一種行之有效的辦法，但很少有人涉及直接控制干擾源，消除干擾，或進(jìn)步受擾設(shè)備的抗擾能力，殊不知后者還有很多發(fā)展的空間。

　　六、改進(jìn)措施的建議

　　我以為目前從電磁干擾的傳播途徑出發(fā)來抑制干擾，已漸進(jìn)成熟。我們的視點(diǎn)要回到開關(guān)電源器件本身來。從多年的工作實(shí)踐來看，在電路方面要留意以下幾點(diǎn)：

　　（1）印制板布局時，要將模擬電路區(qū)和數(shù)字電路區(qū)公道地分開，電源和地線單獨(dú)引出，電源供給處匯集到一點(diǎn);PCB布線時，高頻數(shù)字信號線要用短線，主要信號線最好集中在PCB板中心，同時電源線盡可能闊別高頻數(shù)字信號線或用地線隔開。其次，可以根據(jù)耦合系數(shù)來布線，盡量減少干擾耦合。（見表1）

　　（2）印制板的電源線和地線印制條盡可能寬，以減小線阻抗，從而減小公共阻抗引起的干擾噪聲。

　　（3）器件多選用貼片元件和盡可能縮短元件的引腳長度，以減小元件分布電感的影響。

　　（4）在Vdd及Vcc電源端盡可能靠近器件接進(jìn)濾波電容，以縮短開關(guān)電流的流通途徑，如用10μF鋁電解和0 1μF電容并聯(lián)接在電源腳上。對于高速數(shù)字IC的電源端可以用鉭電解電容代替鋁電解電容，由于鉭電解的對地阻抗比鋁電解小得多。

　　結(jié)　論

　　產(chǎn)生開關(guān)電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作。全面抑制開關(guān)電源的各種噪聲會使開關(guān)電源得到更廣泛的應(yīng)用。