一种Buck电路的电磁兼容分析
摘 要： 开关电源工作在几十 ｋ 高频的通断状态下产生的电磁干扰 Ｈ ｚ到 １ ＭＨ ｚ的开关频率 ， （ ） 通过传输通道耦合到系统内外 ， 对系统内外的敏感设备造成了危害 ， 导致系统的电磁兼 ＥＭ Ｉ 容性能下降 ． 作者通过在 Ｓ 对各 ａ ｂ ｅ ｒ中建立开关电源 Ｄ Ｃ Ｃ 变换电路 Ｂ ｕ ｃ ｋ 电路的仿真模型 ， －Ｄ 支路 的 电 流 信 号 进 行 了 时 域 频 域 分 析 ， 研究发现了 Ｄ Ｃ Ｃ 变换电路的主要骚扰源和骚扰途 －Ｄ 径． 此方法可在产品开发前期找出电路电磁骚扰源 ， 降低电磁骚扰程度 ， 减小研究开发成本 ． ； 关键词 ： 开关电源 ；电磁兼容 ； Ｓ ａ ｂ ｅ ｒ Ｄ Ｃ Ｃ 变换电路 －Ｄ 中图法分类号 ： ＴＭ １ ５ 文献标识码 ：Ａ
， （ ） ， 分析 ） 将时域波形变换成频谱 ； 反快速傅里叶变换分析 ） 将频域波形变换成时域波形 ． ５ Ｉ Ｆ Ｆ Ｔ（ ２ Ｂ ｕ ｃ ｋ 电路仿真 ） 降压式 （ 本文研究的 Ｂ Ｂ ｕ ｃ ｋ Ｄ Ｃ Ｃ 变换器是构成包括开关电源等电力电子 装 置 的 重 要 电 路 ， ｕ ｃ ｋ等 －Ｄ 以占空比 Ｄ 工作的脉冲信号和转换开关代替场效应管与二极管 Ｄ、 电感 Ｌ、 电容 Ｃ、 电 效电路如图 ２ 所示 ，
图 ３ 脉冲信号上的电压电流 图 ４ 直流电源上的电压电流
（ ）电阻上的电流电压 图 ５ （ ） 电容上的电流电压 图５ ａ ｂ
（ ） （ ） 二极管两端的电流电压 图５ ｃ ｄ 电感上的电流电压 图 ５
陕西科技大学学报 第２ ·８ ９卷 ４·
＊
（ ） １ ０ ０ ０ ５ ８ １ １ ２ ０ １ １ ０ ４ ０ ０ ８ ２ ０ ３ － － － 文章编号 ：
一种 Ｂ ｕ ｃ ｋ 电路的电磁兼容分析 〗
冯德虎１，史永胜２，赵慧荣２
（ 陕西工业职业技术学院机电学院 ，陕西 咸阳 ７ 陕 西 科 技 大 学 电 气 与 信 息 工 程 学 院 ，陕 西 西 １． １ ２ ０ ０ ０； ２． ） 安 ห้องสมุดไป่ตู้７ １ ０ ０ ２ １
［ ］龚尧莞 ， ］ （ ） ： 王子强 ， 陈建明 ， 等． 电子电路中的电磁兼容设计 ［ 电子科学 ， １ Ｊ ． ２ ０ １ ０， ２ １ ７ １ ８． － ［ ］方清城 ， ］ （ ） ： 李先祥 ．高频开关电源的 ＥＭＣ 设计 ［ 现代电子技术 ， ２ Ｊ ． ２ ０ ０ ９， ８ １ ７ ０ １ ７ ２． － ［ ］宋 烨 ． ］ （ ） ： 开关电源电磁兼容技术的现状与解决方法 ［ ３ Ｊ ．中国科技信息 ， ２ ０ ０ ５， １ ４ ４ ２ ４ ４． － ［ ］ ］ （ ） ： 张 聪， 何 劲， 张 慧 ．浅论高频开关电源的电磁兼容控制技术 ［ 船电技术 ， ４ Ｊ ． ２ ０ ０ ５， ３ １ ８ ２ ０． － ［ ］ ］ （ ） ： 周建春 ， 李新民 ， 徐国林 ， 等 ．高电磁兼容性新型母线排的设计 ［ 电子工程师 ， ５ Ｊ ． ２ ０ ０ ８， ８ ３ ８ ４ ３． － ［ ］ ］ （ ） ： 刘 捷， 漆兰芬 ．高频干扰对 Ｐ ６ Ｃ Ｂ 电磁兼容性影响的仿真分析与 Ｐ Ｃ Ｂ 优化设 ［ Ｊ ．电子质量 ， ２ ０ ０ ６， ４ ５ ９ ６ ３． － ［ ］ ］ （ ） ： 钱照明 、 袁义生 ．开关电源 ＥＭＣ 设计研究现状及发展 ［ 电子产品世界 ， ７ Ｊ ． ２ ０ ０ ３， ７ ５ １ ５ ４． － ［ ］ ， ［ ， ｏ ｗ ｅ ｒ ｒ ｉ ｄ ８ Ｅ． Ｑ． Ａ． Ｌ ａ ｒ ｓ ｓ ｏ ｎ Ｍ． Ｈ． Ｊ ． Ｂ ｏ ｌ ｌ ｅ ｎ ． Ｓ ｏ ｍ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｅ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｏ ｆ ｈ ｉ ｈ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｅ ｃ ｕ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｒ］ ． ＥＭ Ｃ ｏ ｎ Ｓ ｉ ｔ ｅ Ｓ ｗ ｅ ｄ ｅ ｎ ． ｐ ｇ ｑ ｇ ｑ ｐ ［ ］Ｍ ， ，Ｏ． ９ ｉ ｃ ｈ ａ ｅ ｌ Ｋ．Ｗ．Ｗｕ Ｃ．Ｋ．Ｔ ｓ ｅ Ｂ． Ｐ ｅ ｔ ｅ ｒ Ｃ ｈ ａ ｎ．Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ａ ｎ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ Ｃ Ａ Ｄ ｔ ｏ ｏ ｌ ｆ ｏ ｒ ｓ ｗ ｉ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｏ ｗ ｅ ｒ ｓ ｕ ｌ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｐ ｇ ｇ ｐ ｐ ｐ ｙ ｇ ［ ］ ， （ ） ： ｗ ｉ ｔ ｈ ＥＭＣ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｊ ． Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ Ａ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ １ ９ ９ ８ ２ ３ ６ ４ ３ ７ ３． － ｙ ｐ ｐ ｐ
№． ４ 陕西科技大学学报 Ａ ｕ ． ２ ０ １ １ ｇ ·８ ＯＵＲ ＮＡ Ｌ Ｏ Ｆ Ｓ ＨＡＡＮ Ｘ Ｉ ＵＮ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ Ｏ Ｆ Ｓ Ｃ Ｉ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ ＆Ｔ Ｅ ＣＨＮＯ Ｌ ＯＧ Ｙ Ｖ ｏ ｌ ． ２ ９ ２· Ｊ
＊
收稿日期 ： ２ ０ １ １ ０ ４ １ ４ － － ， 作者简介 ： 冯德虎 （ 男， 陕西省扶风县人 ， 副教授 ， 硕士 ， 研究方向 ： 机电一体化理论与应用 １ ９ ６ ２－ ）
第４期 冯德虎等 ： 一种 Ｂ ·８ ｕ ｃ ｋ 电路的电磁兼容分析 ３· 阻 Ｒ 组成 Ｂ 当开关管导通时 ， 有电流ｉ ｕ ｃ ｋ 变换电路 ． ｉ ｓ＝ Ｌ 流过电感
（ ， ， ； １ ． Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｐ ｏ ｌ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｘ ｉ ａ ｎ ａ ｎ １ ２ ０ ０ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ ｇ ｇ ｙ ｙ ｇ ７ ， ， ， Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｏ ｎ ｏ ｌ ｏ ｉ ′ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ２ １Ｃ ｈ ｉ ｇ ｇ Ｓ ｙ ｇ ｙＸ － ） ｎ ａ
在电感线圈未饱和前 ， 电流线性增加 ， 在负载 Ｒ 上流过电流 线圈 Ｌ， 两端输出电压 Ｖ０ ， 极性 为 上 正 下 负 ． 当ｉ 电容在充电状 ｉ ｉ ０， ｓ＞ ０ 时， ， （ ／ 态 这时二极管 Ｄ 经时间 ＤＴ ｔ Ｔ ｔ １ 承受反向电压 ． ｓ 后 Ｄ＝ ｏ ｎ ｓ， ｏ ｎ为 ， ） ， ， 当开关管截止时 线圈 Ｌ 中的磁场将改 开关导通时间 Ｔ ｓ 为周期 变线圈 Ｌ 两端的电压极性 ， 以保持其电流 不 变 ． 负载 Ｒ 两端的电压 在ｉ 有 利 于 维 持ｉ 仍是上正下 负 ． ｉ Ｖ０ Ｌ＜ ０ 时 电 容 处 在 放 电 状 态， ０、 压式变换器 ． ， ， 输入直流电源 Ｕｉ 设为 １ 脉冲信号源幅度 Ｕｓ＝５Ｖ， 上升时间 Ｔμ ＝０ 下降时间 ＴＦ ＝０ ０Ｖ， ． １ｎ ｓ ． １ｎ ｓ ， 脉冲宽度 ＰＷ ＝１ｎ 周期 ＰＥＲ ＝２μ ｓ ｓ ． 图 ２ Ｂ ｕ ｃ ｋ 电路图 不变 ， 此时续流二极管 Ｄ 承受正向偏压为电流ｉ 变换器输出电压 Ｖ０ 小于电源电压 Ｕｓ， 故为降 ０ 构成通路 ．
０ 引 言 开关电源用半导体功率器件作为开关 ， 通过改变开／关的时间比 来 控 制 输 出 电 压 的 大 小 ， 其基本构成 在开关元件通断前后产生了大幅度的电压和电流跳变 ， 因而会 产 生 很 大 的 电 磁 干 扰 ． 开关电 如图 １ 所示 ． ） 源工作在几十 ｋ 高频的通断状态下产生的电磁干扰（ 通过传输通道耦合 Ｈ ｚ到 １ ＭＨ ｚ的开关频率 ， ＥＭ Ｉ 对系统内外的敏感设备造成了危害 ， 导致系统的电磁兼容性能 下 降 ． 主要骚扰源的研究是实 到系统内外 ， 在产品设计初期利用电子软件找到其主要骚扰途 径 ， 将 干 扰 程 度 降 低 到 最 低， 可 现电磁兼容设计的关键 ， 大大缩短产品的设计周期 ． 本文在 Ｓ 研究 ａ ｂ ｅ ｒ中建立了开关电源 Ｄ Ｃ Ｃ 变换电路 Ｂ ｕ ｃ ｋ 电路的仿真模型 ， －Ｄ 分析了各支路电流的时域和频域特性 ， 找出了其主要骚扰途径 ， 实现了其 ＥＭＣ 设计 ． １ Ｓ ａ ｂ ｅ ｒ软件介绍 Ｓ ａ ｂ ｅ ｒ仿 真 软 件 是 美 国 Ａ ｎ ａ ｌ ｏ ｇ ｙ公司开发的功能强大的电 力电子系统仿真软件之一 ， 可用于电子 、 电力电子 、 机电一体化 、 机械 、 水力 、 控制等领域的系统设计和仿真 ． （ 主要 有 ５ 种 ： Ｓ ａ ｂ ｅ ｒ的分析功能是比较强的 ， １） Ｄ Ｃ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｙ （ ， （ （ ， 直流分析 ） 用于计算设计的工作点 ； 瞬 态 分 析） ２） Ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｅ ｎ ｔ 图 １ 开关电源的基本构成 （ ， 分析确定系统的时域 响 应 ； 频 响 分 析） 分析系统随频率 ３） Ａ Ｃ（ （ ） 变化的响应特性 ； 傅里叶和快速傅里叶变换 ４ Ｆ ｏ ｕ ｒ ｉ ｅ ｒ和 Ｆ Ｆ Ｔ（
Ａ Ｎ Ａ Ｌ Ｙ Ｓ Ｉ Ｓ Ｔ Ｈ Ｅ Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ ＯＭＡ Ｇ Ｎ Ｅ Ｔ Ｉ Ｃ Ｃ ＯＭＰ Ａ Ｔ Ｉ Ｂ Ｉ Ｌ Ｉ Ｔ Ｙ Ｏ Ｆ Ａ Ｂ Ｕ Ｃ Ｋ Ｃ Ｉ Ｒ Ｃ Ｕ Ｉ Ｔ
１ ２ ２ ， Ｆ Ｅ ＮＧ Ｄ ｅ ｈ ｕ Ｓ Ｈ Ｉ Ｙ ｏ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ Ｚ ＨＡＯ Ｈ ｕ ｉ ｒ ｏ ｎ ｇ ｇ， ｇ － － －
３ 结果与分析 ： 分析以上各支路的电流频谱可以得到以下结果 （ 如图 ３～ 图 ５ 所示 ） （ ） （ ） ， 、 、 １ 在降压式 Ｂ ｕ ｃ ｋＤ Ｃ Ｃ 变换电路导通瞬间 流 经 电 感 电 容 二 极 管 的 电 流 明 显 比 流 经 电 阻 的 电 －Ｄ 流大很多 ， 在分析此电路的电流辐射场时 ， 可以把电感 、 电容 、 二极管支路电流作为主要辐射源 ． （ ） 电感 、 电容 、 二极管支路电流在时间ｔ 在相同的频率下 ， 它们的电流 ２ ＝１ ５ ３． ０ ６μ ｓ时出现较大峰值 ． 幅值近似相等 ， 可以认为它们在ｔ ＝１ ５ ３． ０ ６μ ｓ时刻组成了一个高频电流环路 ． （ ） 电感 、 电容 、 二极管支路电流从时间ｔ 电阻支路电流从时间ｔ ３ ＝３ ２ ６． ８ １μ ｓ开始在零值上下波动 ， ＝ 可以认为在时间ｔ 而 ２． ３ ９ ７ ３ｍ ｓ在 ０． ６ ２ ８ ４ ５Ａ 左右波动 ， ＝３ ２ ６． ８ １μ ｓ后电路的主要骚扰源来自于电阻 ， 电阻中的电流仅有 ０． 它带来 的 电 磁 骚 扰 可 以 忽 略 不 计 ， 因此我们在进行此电路的电磁兼容设 ６ ２ ８ ４ ５Ａ， 计时主要考虑时间 ０～３ ２ ６． ８ １μ ｓ的电磁干扰 ． ４ 结束语 电子电路的 ＥＭ 涉及到的学科很广泛 ， 值得深入研究的问题也很多 ． 本文 Ｉ分析是一门边缘性的学科 ， 通过在 Ｓ 进行了支路电流信号的时域分析 ， 发现了电 ａ ｂ ｅ ｒ中建立 Ｄ Ｃ Ｃ 变换电路 Ｂ ｕ ｃ ｋ 电路的仿真模型 ， －Ｄ 路的主要骚扰源和骚扰途径 ， 可在产品设计前将电磁骚扰程度降低到最低 ， 降低产品的研发成本 ． 参 考 文 献
开关电源PCB电磁兼容性的建模分析
开关电源PCB电磁兼容性的建模分析在电磁兼容性的建模分析中，首先需要对开关电源进行电路建模。
开关电源一般由输入滤波器、整流器、功率逆变器、输出滤波器等基本组件组成。
输入滤波器的作用是滤除输入电压中的高频噪声和谐波，减小对整体系统的电磁干扰。
整流器将交流电转换为直流电，功率逆变器则将直流电转换为所需的交流电，输出滤波器则滤除输出电压中的高频噪声。
建立合适的电路模型有助于后续的电磁兼容性分析。
接下来，需要对开关电源电路进行电磁辐射模型的建立。
电磁辐射是指电子设备在工作过程中会产生电磁波，通过空气传播出去，可能对周围的其他设备和系统产生干扰。
通过建立电磁辐射模型，可以分析开关电源产生的电磁辐射强度以及分布情况，以便在设计阶段对其进行优化。
另外，还需要进行开关电源的电磁干扰分析。
电磁干扰是指来自外部电磁场的信号对开关电源产生的干扰，可能导致其工作异常或性能下降。
在电磁干扰分析中，需要考虑外部电磁场对开关电源不同部分的干扰程度，同时也要考虑开关电源本身的抗干扰能力。
通过建立电磁干扰模型，可以对开关电源进行干扰源和干扰路径分析，以评估其对其他设备和系统的影响。
除了电磁辐射和电磁干扰的分析，还需要对开关电源的传导干扰进行建模。
传导干扰是指开关电源产生的电磁噪声通过导线、电缆等传导媒质传播到其他设备和系统中，导致其受到干扰。
通过建立传导干扰模型，可以分析开关电源的传导路径以及传导媒质的特性，从而优化系统布局和电路设计，减少传导干扰的影响。
最后，在进行电磁兼容性的建模分析时，还需要结合实际的测试和验证。
通过实际的测试，可以验证建立的模型的准确性，并进行必要的修正和调整。
同时，还可以对设计进行改进，以提高开关电源的电磁兼容性。
综上所述，在开关电源的电磁兼容性建模分析中，需要对电路进行建模，分析其电磁辐射、电磁干扰和传导干扰等因素，并结合实际的测试和验证进行优化和改进。
通过这些分析，可以有效提高开关电源的电磁兼容性，保证其正常工作并减少对其他设备和系统的干扰。
BUCK电路EMC小技巧（一）
BUCK电路EMC小技巧（一）DCDC电源模块在EMC常规测试***FAIL***占比很大，然而要解决Buck转换器中的EMI问题是一个很大的挑战，因为其中含有很多高频成分。
在实际的电子元器件电气特性往往不可避免的寄生参数会影响我们的理论计算，本文主要针对低压Buck转换器工作中的EMI问题进行基础分析，提供一些实用的解决方案，给大家做一些参考。
一、概述在设计开关模式转换器的时候，电磁兼容问题通常总是要在设计完成以后的测试阶段才会遇到。
假如没有在设计的第一阶段就考虑到电磁兼容性问题，要在最后的环节再来降低其影响就会很困难，花费也会很高。
所以，为了确保产品设计过程顺畅无阻，能够得到最优化的设计，最好的做法是在设计一开始的时候就开始考虑这个问题。
在所有要考虑的因素中，元件选择和PCB布局设计是获得最佳EMI性能的关键。
二、转换器中的EMI源头造成EMI问题的辐射源有两类：交变电场（高阻），交变磁场（低阻）。
非隔离的DC/DC转换器具有阻抗很低的节点和环路（远低于自由空间的阻抗377Ω，此值为真空磁导率µ。
和真空中的光速C。
的乘积，也被称为自由空间的本质阻抗——译注），因而Buck架构DC/DC转换器中主要的辐射源通常是磁场。
磁场辐射是由小型电流环中的高频电流形成的。
电流环所生成的高频磁场会在离开环路大约0.16λ以后逐渐转换为电磁场，由此形成的场强大约为：其中，f是信号的频率，单位为Hz；A是电流环路的面积，单位为m²；I是电流环中的电流幅值，单位为A；R是测量点距离环路的距离，单位为m。
一个1cm²的电流环，其中的电流为1mA，电流变化频率为100MHz，则距离此电流环3m处的场强为4.4µV/m，或说是12.9dBµV。
下图显示了一个流过1mA电流的1cm²电流环所形成的辐射强度与电流变化频率之间的关系，图中绿线是标准容许的3m距离上的辐射强度阈值。
一种Buck电路的电磁兼容分析
作者简介 ： 冯德 虎 （９ ２ ）男 。 西 省 扶 风 县 人 ， 教 授 ， 士 ， 究方 向 ： 电一 体 化 理 论 与 应 用 １６一 ， 陕 副 硕 研 机
第 ４期
冯德 虎等 ： 种 Ｂ ｃ 一 ｕ ｋ电 路 的 电 磁 兼 容 分 析
２ Ｂ ｃ 电路 仿 真 ｕｋ
降压 式 （ ｕ ｋ Ｄ — Ｃ变换器 是构 成包 括开 关 电源等 电力 电子 装置 的重 要 电路 ， 文 研究 的 Ｂ ｃ Ｂ ｃ） Ｃ Ｄ 本 ｕ ｋ等 效 电路 如 图 ２所示 ， 占空 比 Ｄ 工作 的脉 冲信号 和转 换开 关代 替场 效应管 与 二极管 Ｄ、 以 电感 Ｉ、 电容 Ｃ、 电
态 ， 时二 极管 Ｄ 这 承 受 反 向 电压 ．经 时 间 ＤＴ 后 （ Ｄ— ｔ Ｔ ， ／ ｔ 为
开关 导通 时 间 ， 周期 ） 当开 关 管截 止 时 ， 圈 Ｌ中的磁 场将 改 Ｔ 为 ， 线 变 线 圈 Ｉ两 端 的 电压 极性 ， 以保持 其 电流不 变 ． 负载 Ｒ两 端 的 电压 仍 是 上正 下 负． ｉ＜ ｉ 电容 处 在 放 电 状 态 ， 利 于维 持 ｉ、 。 在 。时 有 。 Ｖ
Ｓ ｂ ｒ 真 软 件 是美 国 Ａｎ ｌｇ ａｅ 仿 ａ ｙ公 司开 发 的功 能强 大 的 电 ｏ
力 电子 系统仿 真 软 件之 一 ， 可用 于 电子 、 电力 电 子 、 电一 体化 、 机
机械 、 水力 、 制等领 域 的系统设 计 和仿 真． 控
Ｓｂ ｒ ａ ｅ 的分析 功能是 比较 强 的 ， 主要 有 ５种 ： １ Ｄ ｎ ｌｓｓ （ ） Ｃ ａ ａｙ ｉ （ 流分 析） 用 于计 算设 计 的工 作 点 ； ２ Ｔｒｎ ｉｎ （ 直 ， （ ） ａ ｓ ｔ 瞬态 分 析 ） ｅ ，
13 开关电源电磁兼容设计,试验和对策案例分析(共193页,要点
2010-12-3QIANZHENYU 113开关电源电磁兼容设计开关电源电磁兼容设计,, 试验和对策案例分析钱振宇2010-12-3QIANZHENYU 2本章讲述开关电源的电磁兼容性设计，试验和对策案例分析，一部分是作者和部分同事在日常工作中的体会，还有一部分是通过不同途径收集得到的资料，现将它们汇集在一起，以满足读者的需要。
2010-12-3QIANZHENYU 3案例1：电磁干扰问题的诊断和整改步骤当一个产品无法通过电磁骚扰发射测试时，不能先入为主地主观确定要在哪些地方采取措施。
因为最后发现问题的地方往往都是起先认为不太可能的地方。
由于电磁骚扰发射问题的错综复杂性，因此不论产品熟悉与不熟悉，都要逐一确认，甚至要多次确认。
下面是一套电磁干扰诊断参考步骤，能快速找出产品的电磁骚扰发射问题，有较强的实用性。
2010-12-3QIANZHENYU 4■ 步骤一将桌子转到被试设备最大发射的位置，初步诊断造成被试设备辐射大的原因。
并关掉被试设备电源加以确认。
说明：在测试设备的辐射骚扰发射时，被试设备必须旋转360360°°，测量用天线的高度要在1m 到4m 内变化，其目的是要记录辐射最大的情况。
同样，在发现无法通过测试时，首先要将天线位置移至接收噪声为最大的高度，然后将桌子也转到噪声为最大的角度。
由于被试设备目前面对天线的这一面辐射为最强，故可以初步推测造成辐射过强的原因，例如在这个位置上是不是设备的屏蔽不好，或者太靠近设备内部的辐射源，以及这个位置上有没有电线电缆经过等等。
辐射源，以及这个位置上有没有电线电缆经过等等。
必必要时还可以借助测量探头、频谱仪(或测量接收机，甚至是示波器来探测造成辐射过强的部位，从而探究造成辐射过强的原因辐射过强的原因。
2010-12-3QIANZHENYU 5另外，必须注意的是，要关掉被试设备的电源，看噪声是否存在，以确定噪声是不是的确是由被试设备所产生。
BUCK 的EMC分析
Buck变换器的EMC分析摘要：通过对Buck变换器电路的EMC分析，说明了电磁兼容中滤波、接地、缓冲以及合理的PCB设计等技术在开关电源中的应用。
关键词：开关电源；电磁兼容；电磁骚扰；电磁干扰；耦合通道0 引言开关电源通过改变开关器件的导通比来有效地控制输出电压和电流的大小。
通常它在几十kHz以上的开关频率下工作，当开关导通时，它将流过浪涌电流Cdv/dt；当开关断开时，其两端将会产生浪涌电压Ldi/dt，形成较强的电磁骚扰源。
随着半导体开关器件的不断发展，开关频率将提高到MHz数量级，使电磁骚扰更加严重。
因此，必须采用相应的措施，加强开关电源的电磁兼容性（EMC）。
电磁兼容性是指在不损失有用信号所包含信息的条件下，信息和干扰共存的能力。
电力电子装置在其使用环境下，承受来自外部电磁干扰的同时也向周围环境释放干扰。
在设计制造电力电子装置时，应考虑到电力电子装置在工作时所产生的电磁骚扰不对在同一环境中工作的其它电子设备的运行产生不良影响，同时来自外部环境的电磁干扰又不会影响电力电子装置的工作。
1 Buck系统的电磁干扰以下结合Buck变换器来具体讨论电磁干扰产生的原因和条件，从而找出抑制和消除的方法。
图1是Buck变换器的原理结构图。
图1 Buck原理结构图主电路主要由功率开关管S、肖特基二极管D、滤波电容C、电感L、阻性负载Ro以及无感采样电阻RL组成。
此电路的基本参数是输入端为36V铅酸蓄电池，输出要求为10A 恒流，开关频率为50kHz。
控制芯片采用SG3525，驱动芯片采用TLP250。
辅助电源采用反激。
主电路选择合适的闭环参数是重要的一步，合适的闭环参数可以使电路稳定，产生较小的EMD。
图2是该系统的电磁兼容性示意图，结合此图分析系统所处的电磁环境及其相互作用的情况。
显然，电磁干扰既可发生在系统内部，又有可能发生在系统之间。
图2 系统的电磁兼容性示意图从图2中可以看出，任何一种EMI均由三部分组成：骚扰源、耦合路径和受扰体。
BUCK 的EMC分析
Buck变换器的EMC分析摘要：通过对Buck变换器电路的EMC分析，说明了电磁兼容中滤波、接地、缓冲以及合理的PCB设计等技术在开关电源中的应用。
关键词：开关电源；电磁兼容；电磁骚扰；电磁干扰；耦合通道0 引言开关电源通过改变开关器件的导通比来有效地控制输出电压和电流的大小。
通常它在几十kHz以上的开关频率下工作，当开关导通时，它将流过浪涌电流Cdv/dt；当开关断开时，其两端将会产生浪涌电压Ldi/dt，形成较强的电磁骚扰源。
随着半导体开关器件的不断发展，开关频率将提高到MHz数量级，使电磁骚扰更加严重。
因此，必须采用相应的措施，加强开关电源的电磁兼容性（EMC）。
电磁兼容性是指在不损失有用信号所包含信息的条件下，信息和干扰共存的能力。
电力电子装置在其使用环境下，承受来自外部电磁干扰的同时也向周围环境释放干扰。
在设计制造电力电子装置时，应考虑到电力电子装置在工作时所产生的电磁骚扰不对在同一环境中工作的其它电子设备的运行产生不良影响，同时来自外部环境的电磁干扰又不会影响电力电子装置的工作。
1 Buck系统的电磁干扰以下结合Buck变换器来具体讨论电磁干扰产生的原因和条件，从而找出抑制和消除的方法。
图1是Buck变换器的原理结构图。
图1 Buck原理结构图主电路主要由功率开关管S、肖特基二极管D、滤波电容C、电感L、阻性负载Ro以及无感采样电阻RL组成。
此电路的基本参数是输入端为36V铅酸蓄电池，输出要求为10A 恒流，开关频率为50kHz。
控制芯片采用SG3525，驱动芯片采用TLP250。
辅助电源采用反激。
主电路选择合适的闭环参数是重要的一步，合适的闭环参数可以使电路稳定，产生较小的EMD。
图2是该系统的电磁兼容性示意图，结合此图分析系统所处的电磁环境及其相互作用的情况。
显然，电磁干扰既可发生在系统内部，又有可能发生在系统之间。
图2 系统的电磁兼容性示意图从图2中可以看出，任何一种EMI均由三部分组成：骚扰源、耦合路径和受扰体。
《消除Buck转换器中的EMI问题》
摘要要想消除开关模式电源转换器中的EMI问题会是一个很大的挑战，因为其中含有很多高频成分。
电子元件中的寄生成分常常扮演很重要的角色，所以其表现常常与预期的大相径庭。
本文针对低压Buck 转换器工作中的EMI问题进行很基础的分析，然后为这些问题的解决提供很实用的解决方案，非常具有参考价值。
1. 概述在设计开关模式转换器的时候，电磁兼容问题通常总是要在设计完成以后的测试阶段才会遇到。
假如没有在设计的第一阶段就考虑到电磁兼容性问题，要在最后的环节再来降低其影响就会很困难，花费也会很高。
所以，为了确保产品设计过程顺畅无阻，能够得到最优化的设计，最好的做法是在设计一开始的时候就开始考虑这个问题。
在所有要考虑的因素中，元件选择和PCB布局设计是获得最佳EMI性能的关键。
2. 转换器中的EMI源头造成EMI问题的辐射源有两类：交变电场（高阻），交变磁场（低阻）。
非隔离的DC/DC转换器具有阻抗很低的节点和环路（远低于自由空间的阻抗377Ω，此值为真空磁导率µ。
和真空中的光速C。
的乘积，也被称为自由空间的本质阻抗——译注），因而Buck架构DC/DC转换器中主要的辐射源通常是磁场。
磁场辐射是由小型电流环中的高频电流形成的。
电流环所生成的高频磁场会在离开环路大约0.16λ以后逐渐转换为电磁场，由此形成的场强大约为：其中，f是信号的频率，单位为Hz；A是电流环路的面积，单位为m²；I是电流环中的电流幅值，单位为A；R是测量点距离环路的距离，单位为m。
举例而言，一个1cm²的电流环，其中的电流为1mA，电流变化频率为100MHz，则距离此电流环3m 处的场强为4.4µV/m，或说是12.9dBµV。
下图1显示了一个流过1mA电流的1cm²电流环所形成的辐射强度与电流变化频率之间的关系，图中绿线是标准容许的3m距离上的辐射强度阈值。
由图可见，由1mA电流在1cm²环路中所形成的辐射并不容易超出规格的限制。
开关电源的电磁兼容问题分析
（ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ， ｃ ｏ ｍｐ ａ ｔ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ）ｉ Ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ Ｉ ｍｏ ｄ ｅ
摘要 ：由于现 在 开关 电源 的速 度越 来越 快 ，功 率越 来越 高 。密 度越 来越 大 。必 然会 产 生干 扰 问题 ，我 们就 要解 决这 个 干扰 。干 扰分 为 两个 方面 。一 个是 干扰 其 他 的 电器 产 品 ，电磁 干扰 Ｅ ＭＩ （ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ０ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ）；另 一个是 被其他 电器产 品干扰 。也 叫抗干扰 性 Ｅ ＭＳ （ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｕ ｓ ｃ ｅ ｐ ｔ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ）。分 析 电磁 兼 容 Ｅ ＭＣ （ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｔ ｉ ｂ ｉ ｌ ｉ ｙ） ｔ 原理 。 提 出了解决差模干扰和共模干扰的方案。
Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ Ｉ 研 究与 设计
开关 电源 的 聚丰 电子科技有 限公司 。广东 ５ １ ８ ０ ３ １ ； ２ ． 深圳恒 电科技有 限公司 。广东 ５ １ ８ ０ １ １）
ａ ｎ ｄ ｗｅ ｍｕ ｓ ｔ ｓ ｏｌ ｖ ｅ ｔ ｈｉ ｓ ｄ ｉ ｓ ｔ ｕｒ ｂ ａ ｎ ｃ ｅ ．Ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｄ ｉ ｖ ｉ ｄｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｏ ｔ ｗｏ ａ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ． ＯＲ ｅ ｉ Ｓ ｔ ｈ ｅ
开关电源电磁兼容性试验的问题及整改
开关电源电磁兼容性试验的问题及整改丁华【摘要】对某型开关电源的电磁兼容性试验进行研究，为解决该电源在电磁兼容性试验中出现的电磁干扰问题，分析产生的原因及机理，提出了滤波、屏蔽等相应的解决措施。
试验结果表明，该措施有效地解决了开关电源传导发射和辐射发射的超标，提高了产品的电磁兼容性，对类似产品的电磁兼容性设计也具有一定的指导意义。
%To resolve the EMI(electromagnetic interference) of the switching power supply during the EMC(electromagnetic compatibility) test ,the test results and the mechanism of EMI were analysed. Afterwards,the corresponding solutions such as filtering and shielding were thrown out. The results of the test indicate that the solutions effectively restrain the overstandard of conducted emission and radiated emission. The solutions enhance the EMC of switching power supply ,and there is some guidance to the similar produces on EMC design.【期刊名称】《上海计量测试》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P41-42,45)【关键词】开关电源;电磁兼容;滤波;屏蔽【作者】丁华【作者单位】中国电子科技集团公司第38研究所【正文语种】中文开关电源被誉为高效节能电源，它代表着稳压电源的发展方向，现已成为主流产品。
消除Buck电源转换器中的EMI问题
图4
由于 Buck 转换器输入电流的不连续特性和实际为转换器供电的电源线 通常都很长的缘故，输入回路 A3 所造成的辐射也可能是很可观的，并 且可导致超出规格的传导辐射（在 150kHz~30MHz 频段），不能通过 电磁兼容（EMC）的传导测试检验。 为了降低输入电容 CIN 造成的电压跌落，可在靠近 Buck IC 的地方放置 多种不同尺寸的低 ESR 的 MLCC 电容，例如可将 1206 封装的 2x10µ F 和 0603 或 0402 封装的 22nF~100nF 电容结合起来使用。为了降低输入 回路的噪声，强烈建议在输入线上添加额外的 LC 滤波器。当使用纯 电感作为 L2 时，就有必要添加电解电容 C3 以抑制电源输入端可能出 现的振铃信号，确保输入电源的稳定。 为了对输出进行滤波，也要使用多种不同尺寸的 MLCC 电容作为输出 电容 Cout。小尺寸的 0603 或 0402 的 22nF~100nF 的电容可以很好地 阻止源于开关切换节点的高频噪声经由电感 L1 的寄生电容耦合到输出 端。额外增加的高频磁珠可防止输出回路变成有效的环形天线，但需 要注意的是这方法可能使转换器的负载瞬态响应特性和负载调整特性 变差。假如应用中的负载在这方面有严格要求，那就不要使用磁珠， 可以直接将转换器尽可能地靠近负载，通过对铜箔的优化布置使环路 的面积达到最小化。
1. 概述
在设计开关模式转换器的时候，电磁兼容问题通常总是要在设计完成 以后的测试阶段才会遇到。假如没有在设计的第一阶段就考虑到电磁 兼容性问题，要在最后的环节再来降低其影响就会很困难，花费也会 很高。所以，为了确保产品设计过程顺畅无阻，能够得到最优化的设 计，最好的做法是在设计一开始的时候就开始考虑这个问题。在所有 要考虑的因素中，元件选择和 PCB 布局设计是获得最佳 EMI 性能的关 键。