开关电源EMI设计经验分享

开关电源是现代电子设备中不可或缺的一部分，它负责将交流电压转换为直流电压，并保证电压的稳定性。然而，在开关电源工作过程中，由于高速开关动作以及整流、滤波等环节，会产生电磁干扰（EMI），这些干扰可能会对电子设备的正常工作造成影响。本文将详细分享关于开关电源EMI设计方面的经验，包括EMI干扰源、干扰传输通道、EMI抑制措施以及高频变压器的设计和屏蔽。 开关电源EMI的主要干扰源包括功率开关管、整流二极管和高频变压器。功率开关管在开关动作中产生很大的dv/dt和di/dt，即电压和电流的变化率，这些快速的变化是电磁干扰的主要来源。整流二极管的反向恢复特性也会产生EMI，特别是在高频工作情况下，反向恢复电流的断续会产生很高的电压变化率，从而产生强电磁干扰。高频变压器由于漏感问题，当功率开关管关断时会产生尖峰电压，这也是EMI的一个来源。而PCB设计对于抑制这些干扰源至关重要，因为PCB是干扰信号的耦合通道，其设计的优劣直接影响EMI的抑制效果。 开关电源EMI的传输通道可以分为传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰包括容性耦合、感性耦合和电阻耦合。容性耦合通常发生在具有一定电容性的元件之间，感性耦合则是由于互感效应，而电阻耦合则涉及到公共阻抗。辐射干扰则是通过空间传播的电磁波，可以将干扰源的元器件和导线假设为天线，分析其辐射特性。没有屏蔽的情况下，电磁波会通过空气传输，而在有屏蔽的情况下，则需要考虑屏蔽体的缝隙和孔洞，用泄漏场的数学模型进行分析处理。 为了抑制EMI，设计中可以采取九种主要措施：第一，减小dv/dt和di/dt，降低它们的峰值并减缓变化斜率；第二，合理应用压敏电阻来降低浪涌电压；第三，采用阻尼网络抑制过冲；第四，使用具有软恢复特性的二极管，以降低高频段的EMI；第五，采用有源功率因数校正以及其他谐波校正技术；第六，设计合理的电源线滤波器；第七，进行合理的接地处理；第八，采取有效的屏蔽措施；第九，进行合理的PCB设计。通过这些措施，可以有效地减少开关电源对外界和自身产生的电磁干扰。 高频变压器的设计同样对抑制EMI至关重要。控制高频变压器的漏感是解决其EMI问题的首要任务。控制漏感的措施包括选择合适的磁芯以降低漏感，减小绕组间的绝缘层厚度，并且提高绕组之间的耦合度。在高频变压器的屏蔽方面，可以使用铜箔制成的屏蔽带，将其绕在变压器外部并接地，这样可以抑制漏磁场的泄漏。为了防止由于高频变压器磁心相对位移而产生的噪声，可以使用环氧树脂或“玻璃珠”胶合剂对磁心进行加固。 开关电源的设计中需要对EMI问题给予高度重视，通过合理的设计和选择适当的元件，可以有效地抑制EMI。这些知识和经验将有助于设计出既高效又符合EMC标准的开关电源。