电源产品EMI超标整改策略大集合-电源网

第一部分：对于开关电源系统

因为任何产品都要有电源来供电，此处没有处理好一定会影响到其它的地方。不论是什么产品-它的辐射或传导主要由这个产品内部的敏感器件造成的。对于电源产品主要的EMC器件是：开关MOS管、开关变压器、输出整流二极管。从综合角度来看，只要解决好这三个方面的协调问题EMC就不难搞定。

而解决EMC的方法概括来说就是：消除干扰源、切除干优传导的途径、疏导干扰源。

a.消除就是用将干扰源通过热能的方式损耗掉，这种是制本的方式。

b.切除干扰传导的途径就是将干扰向外传递的路径切断，使其无法向外干扰，也就是我们常做的滤波，屏蔽等方法。

c.疏导干扰源这种就是将干扰源引到不是敏感的器件及位置上，如旁路，去耦，接地等方式。

我们先来一个一个设计细节来探讨开关系统的EMI问题；

1、在FLY(反激式)电源中，Y电容接初级地与次级地之间在>10MHZ的传导&辐射测试时，我们有时会发现要比Y电容接在高压（电解电容正端）与次级地之间要高个几dB左右！(电子设计者的疑问？)

答案：从应用和设计来说：我们还也要看情况而定！

A．对于功率等级较大的设计来说；产品及设备都会有金属背板或金属外壳的设计；对于此类的设计应用Y电容接初级地与次级地，这个是推荐的应用接法！系统会有更优的EMC性能。（EMI&EMS都更容易设计！）Y电容的接入还要看系统的回流路径的环路面积！

B．对于低功率等级的设计来说：产品的应用大多为浮地设计；如下图：

如果系统采用PI公司的集成MOS的设计应用方案；开关电源没有辅助绕组供电的内部自供电技术，同时变压器设计采用法拉第电磁屏蔽绕组的设计！

这时Y电容的接法就要建议使用Y电容接在高压（电解电容正端）与次级地之间接法！此时的EMI测试结果肯定比接初级地与次级地之间要好很多。

C . 对于有辅助绕组控制的PI电源系统；Y电容的接法就要注意了；接的不好会有EMS的问题！如下图：

不合理的布线及Y电容的设计就会带来EMS的设计问题！

解决措施：带来好的EMC性能！如下图设计：

D . 我们再来分析一下实际Y电容的应用案例：

Y电容回路影响！如下图（小功率电源）：

将图中：CY1=2.2nF，去掉CY2（器件不焊接）测试数据如下：

将图中：CY2=2.2nF，去掉CY1（器件不焊接）测试数据如下：

实验结果：不同Y电容回路，在垂直方向辐射相差几个dB的效果！

结果分析：

Y电容将流过变压器的共模电流要进行回路为差模电流以改善EMI，该回路为辐射干扰源，回路面积越小EMI越好。小的回路就会有更好的EMI性能！EMI测试的效果差异，我们要用理论和实际情况相结合；我们的结论才不会产生误导；便于我们真正的解决碰到的EMC设计问题！

第二部分：我们来通过设计细节来探讨开关系统的EMI-辐射问题

1.MOS管驱动电阻的设计对开关电源的辐射有比较大的影响；通过对方波及脉冲波的傅里叶变化，驱动电阻增大其谐波分量就会减少；开关电源要根据选择的IC和MOS管的参数情况，一般情况下MOS的驱动电阻最好能大于或等于47R。降低驱动速度有利于改善MOS管与变压器的辐射。如下图：

一般还有设计研发者，通过更改开关MOS器件来优化EMI设计的。

门极电阻值的大小，会影响MOSFET上升与下降沿速度（tr,tf）RR主管上升；RF主管下降；也就影响了干扰源的频谱；F=1/(ЛTr)

MOS开关（DRV-f）速度就影响了干扰源源头的大小，过慢的DRV-f就会增加了MOSFET的开关的损耗；这时候要注意开关器件的温升是否符合标准了！

2.若辐射在30MHZ-80MHZ之间的设计裕量不够，还可适当地增加MOS管DS之间的电容值，以达到降低辐射量的效果。注意：这个电容我推荐要小于220PF；否则同样要注意开关器件的温升是否符合标准了！

3.在变压器与MOS管D极之间如果能串入一个磁珠，也以降低MOS管电流的变化速度，这个设计可以降低上面的EMI辐射，提高设计裕量。推荐这个做法来解决开关MOS的温升问题！

4.若在输入AC线上套个磁环再绕上3圈，如果可以降低40-100MHZ之间辐射值；那么转化在电路设计时，就可以在输入EMI滤波部分中串入磁珠或采用如下方法增加磁珠就会达到同样的效果。还有最简单的方法是在L,N回路中分别加上两个磁珠。

5.在输出整流二极管上套磁珠，建议要把磁珠套在其电压动点变化的地方，其放置在变压器输出接整流二极的地方；同时还要注意：次级输出整流二极管的钳位RC吸收电路，虽然di/dt比较小，但也尽量减少其环路面积，此环路对控制高频的EMI也很关键。

第三部分：我们来通过设计细节来探讨开关系统的PCB-设计问题

PCB的基本设计方法如下图：

开关电源PCB设计总体原则

*拓扑电流回路面积最小化，脉冲电流回路路径最小化；

*对于隔离拓扑结构，电流回路被变压器隔离成两个或多个回路（原边和副边），电流回路面积及路径要分开最小化布置；

*如果电流回路有个接地点，那么接地点要与中心接地点重合；

*实际设计时，我们会受到条件的限制，2个回路的电容可能不好近距离的共地。

设计的关键点：

1.初级RCD吸收钳位电路流的电流为快速瞬间电流，因而此环路的面积也要尽量少。

2.输出次极整流二极管整流环路，流过幅值很高的开关变换电流，在电源中成为最强的电场功率辐射天线之一，因而其环路面积必须最小化。

3.输出次级整流二极管的钳位RC吸收电路，虽然di/dt比较小，但也尽量减少其环路面积，此环路对控制高频的EMI很关键。

4.如果VCC辅助供电绕组需要提供较大的电流时，也应尽可能降低其环路面积。

5.从开关电源变压器的角度来分析，连接其动点即“热点”器件的走线长度尽量小，较长的走线有较大的走线电感，同时这些信号会通过容性耦合到大地上，从而造成更多的共模EMI干扰。

6.再比如TV的整机EMI测试中，数据线，电源线，音频线，面板控制线一定要布局好并固定好位置！

注意：

A.相关的接口连接线不能从晶振旁边穿过或靠近它。

B.相关的接口及连接线不能从CPU/主芯片及数字信号源旁边或正面下方穿过。即：连接线不能从干扰源（快速变化的信号）正面，下面及旁边经过，否则经过一系列的耦合变换，在连接线上就会使辐射干扰增大，就会造成怎么整改电源设计都没有效果的情况！碰到这种情况请先检查系统的布线及连接线的放置；通过调整连接线的位置就能大致进行判断！

第四部分：电子产品——开关电源系统EMC的分析

开关电源与线性稳压电源相比，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等许多优点，己被广泛应用于计算机及其外围设备、通信、自动控制、家用电器等领域。

但开关电源的突出缺点是能产生较强的电磁干扰（EMI）。EMI信号既具有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经传导和辐射后会影响电磁环境，对通信设备和电子产品造成干扰。

如果处理不当，开关电源本身就会变成一个骚扰源。目前，电子产品的电磁兼容性（EMC）日益受到重视，抑制开关电源的EMI，提高电子产品的质量，使之符合EMC标准，已成为电子产品设计者越来越关注的问题。

我们先来看看外部环境对开关电源的干扰主要来自电网的抖动、雷击、外界辐射等；如下图：

1 ……电源噪声？

2 ……电源复位？

3 ……电源输出？

4 ……电源损坏？

5 ……

瞬态干扰（EMS）对设备会产生威胁，出现产品功能及性能的问题！后面我们通过PCB的分析来讲解开关电源系统EMS的问题；

开关电源系统的产品EMC的三大思考问题！了解了&找得到就能解决EMC！！

1.信号（源）？

2.结构设计？

3.地的连接？

传导干扰共模与差模信号的电流路径分析

开关电源通常是将工频交流电整流为直流电，然后经过开关管的控制使其变为高频，再经过整流滤波电路输出，得到稳定的直流电压。工频整流滤波使用大容量电容充、放电，开关管高频通断，输出整流二极管的反向恢复等工作过程中产生了极高的di/dt和du/dt，形成了强烈的浪涌电流和尖峰电压，它是开关电源电磁干扰产生的最基本原因。

另外，开关管的驱动波形，MOSFET漏源波形等都是接近矩形波形状的周期波。因此，其频率是MHz级别的，有着很高的高频谐波分量！这些高频信号对开关电源的基本信号，特别是控制电路的信号造成干扰。

简单的说：开关电源系统当MOS管开通时，L，N回路中变压器电感的电流线性上升；MOS关断时 L，N回路电流迅速关断；此时回路的电流波形为三角波；高频的三角波电流的谐波分量形成系统的差模干扰！

杂散参数影响耦合通道的特性

在传导骚扰频段（<30MHz），多数开关电源骚扰的耦合通道是可以用电路网络来描述的。但是，在开关电源中的任何一个实际元器件，如电阻器、电容器、电感器乃至开关管、二极管都包含有杂散参数，且研究的频带愈宽，等值电路的阶次愈高，因此，包括各元器件杂散参数和元器件间的耦合在内的开关电源的等效电路将复杂得多。

在高频时，杂散参数对耦合通道的特性影响很大，分布电容的存在成为电磁骚扰的通道。另外，在开关管功率较大时，集电极一般都需加上散热片，散热片与开关管之间的分布电容在高频时不能忽略，它能形成面向空间的辐射骚扰和电源线传导的共模骚扰。

简单的说：在高频段>1MHZ时，开关电源系统对地就存在分布电容；系统的关键信号，关键走线对地都存在分布电容；分布电容形成对地回到L,N的共模干扰信号。同时分布电容的环路形成对空间的辐射干扰！