開(kāi)關(guān)電源電磁干擾（EMI）分析及實(shí)用減少措施

在現(xiàn)代電子設(shè)備中，開(kāi)關(guān)電源以其高效、體積小的優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。然而，開(kāi)關(guān)電源在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁干擾（EMI），這不僅會(huì)影響設(shè)備自身的性能，還可能對(duì)周?chē)碾娮釉O(shè)備造成干擾。因此，深入分析開(kāi)關(guān)電源EMI的主要來(lái)源，并提出有效的減少措施，對(duì)于提升設(shè)備的電磁兼容性（EMC）具有重要意義。

一、開(kāi)關(guān)電源EMI的主要來(lái)源

開(kāi)關(guān)電源的工作原理是將工頻交流電整流為直流電，再逆變?yōu)楦哳l交流電，最后通過(guò)整流濾波電路輸出穩(wěn)定的直流電壓。在這個(gè)過(guò)程中，EMI的主要來(lái)源包括以下幾個(gè)方面：

功率開(kāi)關(guān)器件及其散熱器：開(kāi)關(guān)電源中的功率開(kāi)關(guān)器件（如MOSFET、IGBT等）在高速開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高頻的電壓和電流變化率，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射。同時(shí)，這些器件的散熱器也可能成為電磁干擾的輻射源。

高頻變壓器：高頻變壓器是開(kāi)關(guān)電源中的關(guān)鍵元件，其漏感和分布電容在開(kāi)關(guān)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。特別是當(dāng)開(kāi)關(guān)管關(guān)斷時(shí)，高頻變壓器的漏感會(huì)產(chǎn)生反電勢(shì)，形成傳導(dǎo)干擾。

輸出整流二極管：輸出整流二極管在截止時(shí)有一個(gè)反向恢復(fù)電流，這個(gè)電流會(huì)在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下產(chǎn)生高頻干擾。

PCB布線：開(kāi)關(guān)電源的印刷線路板（PCB）布線也是電磁干擾的重要來(lái)源。手工布線的隨意性可能導(dǎo)致分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾的評(píng)估變得困難。

外部干擾源：外部干擾源如電源干擾和雷電干擾也可能對(duì)開(kāi)關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾。這些干擾以“共?！焙汀安钅！狈绞酱嬖?，并通過(guò)電源線、信號(hào)線等耦合到開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部。

二、減少開(kāi)關(guān)電源EMI的實(shí)用措施

為了減少開(kāi)關(guān)電源的EMI，可以從以下幾個(gè)方面入手：

優(yōu)化電路設(shè)計(jì)：

采用軟開(kāi)關(guān)技術(shù)：軟開(kāi)關(guān)技術(shù)通過(guò)在開(kāi)關(guān)過(guò)程中引入諧振，消除電壓、電流的重疊，從而減小開(kāi)關(guān)損耗和電磁干擾。

合理選擇開(kāi)關(guān)頻率：較高的開(kāi)關(guān)頻率可以減小磁性元件的體積，但也會(huì)增加電磁干擾。因此，需要在開(kāi)關(guān)頻率和磁性元件體積之間進(jìn)行權(quán)衡。

使用低開(kāi)關(guān)損耗和軟開(kāi)關(guān)特性的開(kāi)關(guān)管：如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導(dǎo)體材料制成的開(kāi)關(guān)管，具有更高的電子遷移率、更低的導(dǎo)通電阻和更快的開(kāi)關(guān)速度，能有效減少開(kāi)關(guān)過(guò)程中的能量損耗和電磁干擾。

加強(qiáng)濾波措施：

在開(kāi)關(guān)電源的輸入和輸出端設(shè)計(jì)良好的濾波電路。輸入濾波電路主要用于抑制來(lái)自電網(wǎng)的電磁干擾進(jìn)入電源，同時(shí)也阻止電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾反流回電網(wǎng)。輸出濾波電路用于平滑輸出電壓，減少輸出紋波和電磁干擾。

增加電源輸入電路中EMC濾波器的節(jié)數(shù)，并適當(dāng)調(diào)整每節(jié)濾波器的參數(shù)，以滿足對(duì)傳導(dǎo)干擾的抑制要求。

優(yōu)化PCB布局和布線：

采用分區(qū)布局的方法，將電源電路分為輸入?yún)^(qū)、功率變換區(qū)、輸出區(qū)和控制區(qū)等不同區(qū)域。每個(gè)區(qū)域之間保持一定的安全距離，并通過(guò)合理的布線連接，避免不同區(qū)域之間的電磁干擾相互影響。

將產(chǎn)生干擾的元件（如開(kāi)關(guān)管、變壓器）與敏感元件（如控制芯片、反饋電路）分開(kāi)布局，減少電磁干擾的耦合路徑。

高頻信號(hào)的連線應(yīng)盡量短，以減少電磁輻射。同時(shí)，避免使用長(zhǎng)而細(xì)的導(dǎo)線，以減少分布參數(shù)的影響。

采取有效的屏蔽措施：

使用金屬外殼對(duì)開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行封裝，金屬外殼可以起到良好的電磁屏蔽作用。外殼材料一般選擇導(dǎo)電性好的金屬，如鋁或鋼。在外殼的設(shè)計(jì)上，要保證其密封性，避免出現(xiàn)縫隙而導(dǎo)致電磁泄漏。

對(duì)于高頻變壓器等關(guān)鍵元件，可以采用銅箔屏蔽罩進(jìn)行屏蔽，并將屏蔽罩良好接地。這樣可以有效減少變壓器漏磁場(chǎng)產(chǎn)生的電磁干擾。

其他措施：

選擇具有快速恢復(fù)特性的二極管可以減少反向恢復(fù)電流產(chǎn)生的電磁干擾。

優(yōu)化變壓器的繞組結(jié)構(gòu)，如采用交錯(cuò)繞組或者多層繞組等方式，可以改善其電磁性能。

在布局時(shí)要考慮元件之間的連線盡量短且直，以減少電磁輻射和分布參數(shù)的影響。

三、結(jié)論

開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾問(wèn)題是一個(gè)復(fù)雜而重要的話題。通過(guò)分析EMI的主要來(lái)源，并采取有效的減少措施，可以顯著提升開(kāi)關(guān)電源的電磁兼容性。這不僅有助于提高設(shè)備自身的性能穩(wěn)定性，還能減少對(duì)其他電子設(shè)備的干擾，為現(xiàn)代電子設(shè)備的正常運(yùn)行提供良好的電磁環(huán)境。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)開(kāi)關(guān)電源EMI的研究和治理將成為一個(gè)持續(xù)關(guān)注的領(lǐng)域。