抑制开关电源电磁干扰的措施
开关电源电磁干扰(EMI)抑制措施总结
摘要：开关电源的电磁干扰对电子设备的性能影响很大，因此，各种标准对抑制电源设备电磁干扰的要求已越来越高。
对开关电源中电磁干扰的产生机理做了简要的描述，着重总结了几种近年提出的新的抑制电磁干扰的方法，并对其原理、应用做了简单介绍。
1 引言随着电子设备的大量应用，电源在这些设备中的地位越来越重要，而开关变换器由于体积小、重量轻、效率高等特点，在电源中占的比重越来越大。
开关电源大多工作在高频情况下，在开关器件的开关过程中，寄生元件（如寄生电容、寄生电感等）中能量的高频变化产生了大量的电磁干扰（ ElectromagneticInterference ， EMI ）。
EMI 信号占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经过在电路、空间中的传导和辐射，污染了周围的电磁环境，影响了与其它电子设备的电磁兼容（ ElectromagneticCompatibility ）性。
随着近年来各国对电子设备的电磁干扰和电磁兼容性能要求的不断提高，对电磁干扰以及新的抑制方法的研究已成为开关电源研究中的热点。
本文对电磁干扰产生、传播的机理进行了简要的介绍，重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的新方法。
2 电磁干扰的产生和传播方式开关电源中的电磁干扰分为传导干扰和辐射干扰两种。
通常传导干扰比较好分析，可以将电路理论和数学知识结合起来，对电磁干扰中各种元器件的特性进行研究；但对辐射干扰而言，由于电路中存在不同干扰源的综合作用，又涉及到电磁场理论，分析起来比较困难。
下面将对这两种干扰的机理作一简要的介绍。
2.1传导干扰的产生和传播传导干扰可分为共模（ CommonMode CM ）干扰和差模（ DifferentialMode DM ）干扰。
由于寄生参数的存在以及开关电源中开关器件的高频开通与关断，使得开关电源在其输入端（即交流电网侧）产生较大的共模干扰和差模干扰。
2.1.1 共模（ CM ）干扰变换器工作在高频情况时，由于 dv/dt 很高，激发变压器线圈间、以及开关管与散热片间的寄生电容，从而产生了共模干扰。
抑制开关电源电磁干扰的措施
抑制开关电源电磁干扰的措施开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。
根据上篇分析的电磁干扰源，结合它们的耦合途径，可以从EMI 滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰，把电磁干扰衰减到允许限度之内。
1.交流输入EMI 滤波器滤波是一种抑制传导干扰的方法，在电源输入端接上滤波器可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电源产生并向电网反馈的干扰。
电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。
电源进线端通常采用如图1 所示的EMI 滤波器电路。
该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。
在电路中，跨接在电源两端的差模电容Cx1、Cx2 （亦称X 电容）用于滤除差模干扰信号，一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器，电容值通常取0.1~ 0. 47F。
而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2 （亦称Y 电容）则用来短路共模噪声电流，取值范围通常为C1=C2 # 2200 pF。
抑制电感L1、L2 通常取100~ 130H，共模扼流圈L 是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成，通常要求其电感量L#15~ 25 mH。
当负载电流渡过共模扼流圈时，串联在火线上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。
因此，即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。
而对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同方向的，会呈现较大电感，从而起到衰减共模干扰信号的作用。
2.利用吸收电路开关电源产生EMI 的主要原因是电压和电流的急剧变化，因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率（ du/ dt 和di/ dt ）。
采取吸收电路能够抑制EMI，其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路，吸收积蓄在寄生分布参数中的能量，从而抑制干扰的发生。
可以在开关管两端并联如图2（ a）所示的RC 吸收电路，开关管或二极管在开通和关断过程中，管中产生的反向尖峰电流和尖峰电压，可以通过缓冲的方法予以克服。
开关电源中常用的几种抑制电磁干扰的措施
开关电源中常用的几种抑制电磁干扰的措施形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。
因而,抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。
首先应该抑制干扰源,直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射,切断电磁干扰的传播途径（见图2）;第三是提高受扰设备的抗扰能力,减低其对噪声的敏感度。
目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有效的办法。
常用的方法是屏蔽、接地和滤波。
图1 共模干扰采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。
例如,功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗,为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。
器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘,这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容,开关电源的底板是交流电源的地线,因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰,解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片,并把屏蔽片接到直流地上,割断了射频干扰向输入电网传播的途径。
为了抑制开关电源产生的辐射,电磁干扰对其他电子设备的影响,可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩,然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体,就能对电磁场进行有效的屏蔽。
电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。
例如,静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地,但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应,所以仍以接地为好,这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。
电路的公共参考点与大地相连,可为信号回路提供稳定的参考电位。
因此,系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后,最终都与大地相连.在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则,如果形成多点接地,会出现闭合的接地环路,当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声,实际上很难实现“一点接地”。
因此,为降低接地阻抗,消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地,利用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地,需要接地的各部分就近接到该参考地上。
开关电源emi电路原理
开关电源emi电路原理
开关电源EMI电路是指用来抑制电磁干扰（EMI）的电路。
开关电源是一种使用开关元件（如晶体管或MOSFET）工作
的电源，通过周期性地开关电流来提供电能。
开关电源会产生一定的电磁干扰，主要原因有以下几点：
1. 开关元件的快速开关会引起电压和电流的急剧变化，导致高频谐波成分的产生；
2. 开关电源中的变压器和电感器会产生磁场，进一步引起电磁辐射；
3. 开关电源中的电容器会产生串扰电容耦合，导致干扰信号的传导。
为了抑制开关电源的电磁干扰，可以采取以下措施：
1. 在开关电源输入端添加滤波器，用来抑制高频噪声，常见的滤波器包括电容滤波器和电感滤波器；
2. 设计合适的开关元件驱动电路，减小开关元件的开关速度，从而减小高频谐波的产生；
3. 采用引入屏蔽外壳或屏蔽包围电路等的屏蔽手段，减小电磁辐射；
4. 采用良好的地线布局和接地措施，降低地线电阻和噪声干扰；
5. 使用高频绕线技术和特殊布板设计，减少电感和电容器之间的串扰。
通过以上措施，可以有效地抑制开关电源产生的电磁干扰，提高电源的抗干扰能力，确保设备的正常运行。
开关电源的电磁干扰解决方法
差模干扰抑制器通常使用低通滤波元件构成，最简单的就是一只滤波电容接在两根电源线之间而形成的输入滤波电路（如图6中电容CX1），只要电容选择适当，就能对高频干扰起到抑制作用。该电容对高频干扰阻抗甚底，故两根电源线之间的高频干扰可以通过它，它对工频信号的阻抗很高，故对工频信号的传输毫无影响。该电容的选择主要考虑耐压值，只要满足功率线路的耐压等级，并能承受可预料的电压冲击即可。为了避免放电电流引起的冲击危害，CX电容容量不宜过大，一般在0.01～0.1μF之间。电容类型为陶瓷电容或聚酯薄膜电容。
ID=2πfCYVcY
式中：ID为漏电流；
f为电网频率。
一般装设在可移动设备上的滤波器，其交流漏电流应<1mA；若为装设在固定位置且接地的设备上的电源滤波器，其交流漏电流应<3.5mA，医疗器材规定的漏电流更小。由于考虑到漏电流的安全规范，电容CY的大小受到了限制，一般为2.2～33nF。电容类型一般为瓷片电容，使用中应注意在高频工作时电容器CY与引线电感的谐振效应。
1.2 输入电流畸变造成的噪声
开关电源的输入普遍采用桥式整流、电容滤波型整流电源。，在没有 PFC功能的输入级，由于整流二极管的非线性和滤波电容的储能作用，使得二极管的导通角变小，输入电流i成为一个时间很短、峰值很高的周期性尖峰电流。这种畸变的电流实质上除了包含基波分量以外还含有丰富的高次谐波分量。这些高次谐波分量注入电网，引起严重的谐波污染，对电网上其他的电器造成干扰。为了控制开关电源对电网的污染以及实现高功率因数，PFC电路是不可或缺的部分。
开关电源电磁干扰的抑制措施
开关电源电磁干扰的抑制措施1 开关电源压力表电磁干扰的产生机理开关电源产生的干扰，按噪声干扰源种类来分，可分为尖峰干扰和谐波干扰两种；若按耦合通路来分，可分为传导干扰和辐射干扰两种。
现在按噪声干扰源来分别说明：（1）二极管的反向恢复时间引起的干扰高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向截止时，由于PN 结中有较多的载流子积累，因而在载流子消失之前的一段时间里，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。
（2）开关管工作时产生的谐波干扰功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。
例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波，其中含有丰富的高次谐波分量。
当采用零电流、零电压开关时，这种谐波干扰将会很小。
另外，功率开关管在截止期间，高频变压器绕组漏感引起的电流突变，也会产生尖峰干扰。
（3）交流输入回路产生的干扰无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。
开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量，通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰；而谐波和寄生振荡的能量，通过输入输出线传播时，都会在空间产生电场和磁场。
这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
（4）其他原因元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB 的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI 干扰。
2 开关电源EMI 的特点作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大；干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚；开关频率不高（从几十千赫和数兆赫兹）。
解析几种有效的开关电源电磁干扰的抑制措施
解析几种有效的开关电源电磁干扰的抑制措施
有效的开关电源电磁干扰抑制措施包括：
1. 选择合适的滤波器：在开关电源输入端、输出端以及变压器绕组的附近安装滤波器，可以有效滤除高频噪声和突变噪声，减少电磁辐射。
2. 使用磁性材料：在开关电源变压器绕组的附近使用磁性材料，如铁氧体、铁氟龙等，可以有效吸收和屏蔽电磁干扰。
3. 地线布局：合理布置地线，减少电磁干扰。
不同元器件的地线要分开布局，避免共
用一个接地点。
4. 合理选择元器件：选择低电阻、低电感、低容值的元器件，减少电路中的谐振，降
低电磁干扰。
5. 优化电路设计：合理布局和连接元器件，减少信号回路，增加信号路径的隔离，减
少电磁干扰。
6. 使用屏蔽材料：在开关电源敏感部分使用屏蔽材料，如铝箔、铁氧网、铜网等，将
电磁辐射封锁在内部。
7. 设计良好的接地系统：确保良好的接地系统，包括减少接地回路的电阻，建立良好
的接地连接。
8. 符合电磁兼容性标准：在设计和生产过程中遵循电磁兼容性标准，如EMC（电磁兼容性）标准，确保产品符合相关电磁干扰限制。
以上是一些常见的有效的开关电源电磁干扰抑制措施，根据具体的应用场景和需求，还可以采取其它的措施来减少电磁干扰的影响。
开关电源抗干扰的措施
开关电源抗干扰的措施本文从屏蔽、接地、PCB板的布局与布线几方面，对开关电源电路的抗干扰措施进行了详尽的分析讨论，以确保开关电源的正常工作。
标签：屏蔽接地抗干扰电磁兼容开关电源一般采用脉冲宽度调制技术，其特点是频率高、效率高、功率密度高。
然而，由于其开关器件工作在高频通断状态，高频的快速瞬变过程本身就是电磁干扰源，它产生的电磁干扰直接危害着电子设备的正常工作，为了确保开关电源工作的可靠性，必须进行抗干扰设计。
抗干扰措施包括屏蔽、接地、PCB 板的布局与布线等，这里仅对屏蔽、接地、PCB板的布局与布线这几种抗干扰措施进行分析讨论。
1.屏蔽技术。
抑制开关电源电磁干扰的有效方法是屏蔽。
即用导电良好的材料对电场进行屏蔽，用导磁率高的材料对磁场进行屏蔽。
用电磁屏蔽的方法解决EMI问题的好处是不会影响电路的正常工作。
屏蔽技术可分为对发出电磁波部位的屏蔽和易受电磁波影响的元器件的屏蔽。
在开关电源中，可发出电磁波的元器件是指变压器、电感器、功率器件等，通常在其周围采用铜板或铁板作为屏蔽，使其电磁波产生衰减。
对抗电磁波较弱的元器件，必要的情况下也应采取相应的屏蔽措施。
2.接地技术。
（1）接地。
接地技术是开关电源抗干扰技术和电磁兼容技术的重要内容之一。
不正确的工作接地反而会增加干扰。
比如共地线干扰、地环路干扰等。
为防止各种电路在工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地工作，根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类。
（2）交流地与直流地分开。
一般交流电源的零线是接地的。
但由于存在接地电阻和其上流过的电流，导致电源的零线电位并非为大地的零电位。
另外，交流电源的零线上往往存在很多干扰如果交流电源地与直流电源地不分开，将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。
因此，在开关电源中采用把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术，可以隔离来自交流电源地线的干扰。
（3）模拟地与数字地分开。
随着数字开关电源的开发，为了抑制对数字芯片的干扰，数字芯片与模拟电路必须进行隔离。
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抑制开关电源电磁干扰的措施
开关电源存在着共模干扰和差模干扰两种电磁干扰形式。
根据上篇分析的电磁干扰源，结合它们的耦合途径，可以从EMI滤波器、吸收电路、接地和屏蔽等几个方面来抑制干扰，把电磁干扰衰
减到允许限度之内。
1.交流输入EMI滤波器
滤波是一种抑制传导干扰的方法，在电源输入端接上滤波器
可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害，也可以抑制由开关电
源产生并向电网反馈的干扰。
电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要单元，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极其重要的作用。
电源进线端通常采用如图1所示的EMI滤波器电路。
该电路可以有效地抑制交流电源输入端的低频差模骚扰和高频段共模骚扰。
在电路中，跨接在电源两端的差模电容Cxi、Cx2 （亦称X电容）用于滤除差模干扰信号，一般采用陶瓷电容器或聚脂薄膜电容器，电容值通常取0.1~ 0. 47F。
而中间连线接地的共模电容Cy1和Cy2（亦称丫电容）则用来短路共模噪声电流，取值范围通常为C仁C2# 2
200 pF。
抑制电感L1、L2通常取100~ 130H,共模扼流圈L是由两股等同并且按同方向绕制在一个磁芯上的线圈组成，通常要求其
电感量L#15~ 25 mH。
当负载电流渡过共模扼流圈时，串联在火线
上的线圈所产生的磁力线和串联在零线上线圈所产生的磁力线方向相反，它们在磁芯中相互抵消。
因此，即使在大负载电流的情况下，磁芯也不会饱和。
而对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场是同
方向的，会呈现较大电感，从而起到衰减共模干扰信号的作用。
2.利用吸收电路
开关电源产生EMI的主要原因是电压和电流的急剧变化，因而需要尽可能地降低电路中电压和电流的变化率( du/ dt 和di/ dt)。
采取吸收电路能够抑制EMI,其基本原理就是在开关关断时为其提供旁路，吸收积蓄在寄生分布参数中的能量，从而抑制干
扰的发生。
可以在开关管两端并联如图2( a)所示的RC吸收电路，开关管或二极管在开通和关断过程中，管中产生的反向尖峰电流和
尖峰电压，可以通过缓冲的方法予以克服。
缓冲吸收电路可以减少
尖峰电压的幅度和减少电压波形的变化率，
这对于半导体器件使用 的安全性非常有好处。
与此同时， 缓冲吸收电路还降低了射频辐射 的频谱成份， 有益于降低射频辐射的能量。
箝位电路主要用来防止 半导体器件和电容器被击穿的危险。
兼顾箝位电路保护作用和开关电 源的效率要求，TVS 管的击穿电压选择为初级绕组感应电压的
1.5 倍。
当TVS 上的电压超过一定幅度时， 器件迅速导通， 从而将浪 涌能量泄放掉， 并将浪涌电压的幅值限制在一定的幅度。
在开关管 漏极和输出二极管的正极引线上可串联带可饱和磁芯线圈或微晶磁 珠，材质一般为钻，当通过正常电流时磁芯饱和，
电感量非常小。
一旦电流要反向流过时， 它将产生非常大的反电势， 这样就能有效 地抑制二极管的反向浪涌电流。
图2吸收电路 www. diangon- cum
3. 屏蔽措施
料对电场进行屏蔽，
用磁导率高的材料对磁场进行屏蔽。
为了防止
抑制辐射噪声的有效方法就是屏蔽。
可以用导电性能良好的材
变压器的磁场泄漏，使变压器初次级耦合良好，可以利用闭合磁环形成磁屏蔽，如罐型磁芯的漏磁通就明显比E型的小很多。
开关电
源的连接线，电源线都应该使用具有屏蔽层的导线，尽量防止外部干扰耦合到电路中。
或者使用磁珠、磁环等EMC元件，滤除电源及信号线的高频干扰。
但是，要注意信号频率不能受到EMC元件的干扰，也就是信号频率要在滤波器的通带之内。
整个开关电源的外壳也需要有良好的屏蔽特性，接缝处要符合EMC规定的屏蔽要求。
通
过上述措施保证开关电源既不受外部电磁环境的干扰也不会对外部电子设备产生干扰。
4.变压器的绕制
在设计高频变压器时必须把漏感减到最小。
因为漏感越大，产生的尖峰电压幅值越高，漏极箝位电路的损耗就越大，这必然导致电源效率降低。
减小变压器的漏感通常采用减少原边绕组的匝数、增大绕组的宽度、减小各绕组之间的绝缘层等措施。
变压器主要的寄生参数为漏感、绕组间电容、交叉耦合电容。
变压器绕组间的交叉耦合电容为共模噪声流过整个系统提供了通路。
在变压器的绕制过程中采用法拉第屏蔽来减小交叉耦合电容。
法拉第屏蔽简单来说就是用铜箔或铝箔包绕在原边绕组和副边绕组
之间，形成一个表面屏蔽层隔离区，并接地，其中原边绕组和副
边绕组交错绕制，以减小交叉耦合电容。
在安装规程上一般要求散热器接地，那么开关管漏极与散热器之间的寄生电容就为共模噪声提供了通路，可以在漏极和散热器之间加一铜箔或铝箔并接地以减小此寄生电容。
5.接地技术的应用
开关电源需要重视地线的连接，地线承担着参考电平的重任，特别是控制电路的参考地，如电流检测电阻的地电平和无隔离输出的分压电阻的地电平。
（1）设备的信号接地。
设备的信号接地，可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。
如浮地和混合接地，另外还有单点接地和多点接地。
（2）设备接大地。
在工程实践中，除认真考虑设备内部的
信号接地外，通常还将设备的信号地，机壳与大地连在一起，以大地作为设备的接地参考点。
一点接地，然后将公共连接点再单点接至功率地。
这种接地方式可以使噪声源和敏感电路分离。
另外，地线尽量铺宽，对空白区域可
敷铜填满，力求降低地电平误差和EMI。
在装置中尽量采用表面贴装元器件，使组装密度更高，体积
更小，重量更轻，可靠性更高，高频特性好，减小电磁和射频干扰。
6.PCB元件布局及走线
PCB中带状线、电线、电缆间的串间是印刷电路板线路中存在最难克服的问题之一 [7 ]。
开关电源的辐射骚扰与电流通路中的电流大小、通路的环路面积、以及电流频率的平方的乘积成正比，因此PCB的布局设计将直接关系到整机电磁兼容性能。
在设计开关电源印制电路板时，必须从布局及走线的优化设计着手。
(1 )印制板布线地通常要符合以下原则
1、输入、输出端用的导线应尽量避免相邻平等。
最好加线间地线，以免发生反馈耦合；
2、印制板导线尽量采用宽线，尤其是电源线和地线；
3、印制导线拐弯处一般采取圆弧形；
4、专用零伏线、电源线的走线宽度（1 mm 电源线和地线尽可能靠近等。
（2）元器件布局时通常要符合以下原则
1、按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便
于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
2、以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。
元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上，尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。
3、在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。
一般电路应尽可能使元器件平等排列。
4、位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘的距离一般不小
于2 mm。