分析：开关电源EMC和滤波器电磁兼容整改问题对策（二）

三、针对高频开关电源电磁骚扰的电磁兼容设计

（1）开关电源入口加电源滤波器，抑制开关电源所产生的高次谐波。

（2）输入输出电源线上加铁氧体磁环，一方面抑制电源线内的高频共模，另一方面减小通过电源线辐射的骚扰能量。

（3）电源线尽可能靠近地线，以减小差模辐射的环路面积；把输入交流电源线和输出直流电源线分开走线，减小输入输出间的电磁耦合；信号线远离电源线，靠近地线走线，并且走线不要过长，以减小回路的环面积；PCB板上的线条宽度不能突变，拐角采用圆弧过渡，尽量不采用直角或尖角。

（4）对芯片和MOS开关管安装去耦电容，其位置尽可能地靠近并联在器件的电源和接地管脚。

（5）由于接地导线存在Ldi/dt，PCB板和机壳间接地采用铜柱连接，对不适合用铜柱连接的采用较粗的导线，并就近接地。

（6）在开关管以及输出整流二极管两端加RC吸收电路，吸收浪涌电压。

四、高频开关电源电磁骚扰测试曲线

在3m法电波暗室对试验样机进行测试，其L、N线的传导骚扰检测曲线如图2、3所示，辐射骚扰的垂直极化扫描曲线如图4、5所示。

根据铁路客运专线标准规定，传导骚扰限值和辐射骚扰限值如表1、2所示。

本开关电源 通过了传导骚扰的测试，测试波形如图2、3所示。辐射骚扰高频段230～1000MHz也测试合格，如图5所示。只是在30～200MHz频段范围内的垂直极化指标超标， 超标20dB，如图4所示。

由测试结果可以看出，通过电磁兼容设计在传导骚扰抑制方面取得了良好效果，在高频段辐射骚扰的设计也达到了预期效果，下面还需对在30～200MHz频段范围内的辐射骚扰进行改进设计。

由图4可以看出，本开关电源存在辐射骚扰超标的现象，为了抑制电磁骚扰而使用铁氧体元件，价格便宜，效果明显。

铁氧体元件等效电路是电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。低频时，R很小，L起主要作用，电磁骚扰被反射而受到抑制；高频时，R增大，电磁骚扰被吸收并转换成热能，使高频骚扰大大衰减。不同的铁氧体抑制元件，有不同的 抑制频率范围。总之，选择和安装铁氧体元件可参照如下几条：

（1）铁氧体的体积越大，抑制效果越好；

（2）在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好；

（3）内径越小抑制效果也越好；

（4）横截面越大，越不易饱和；

（5）磁导率越高，抑制的频率就越低；

（6）铁氧体抑制元件应当安装在靠近骚扰源的地方；

（7）在输入、输出导线上安装时，应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。

根据上面对高频开关电源骚扰源和铁氧体元件的分析，决定在靠近骚扰源的地方套磁珠与磁环。

图1a中电容C1的接地端套铁氧体磁珠（φ3.5×φ1.3×3.5），图1b中整流二极管D1和D2使用肖特基二极管，其阳极套铁氧体磁珠（φ3.5×φ1.3×3.5），直流输出线缆用铁氧体磁环（φ13.5×φ7.5×7）绕两圈且靠近出口处。经过处理后重新测试，其扫描曲线如图6所示。

由此可见，大部分频段的辐射骚扰已被抑制到标准要求以下，但在频率81、138、165kHz附近处仍然超标。

根据对开关电源电磁骚扰源的分析可知，在图1b电路中高频变压器T1也是一个骚扰源。为了阻止高频变压器产生的骚扰信号以辐射方式发射，把变压器的外壳用屏蔽材料铜箔环绕一圈构成一回路加以屏蔽，以切断变压器通过空间耦合形成的辐射骚扰传播途径。

并且为了减少因变压器侧开通时电流瞬间突变产生的di／dt骚扰，在变压器T1的 侧串进1个电感，以减小器件的开通损耗，降低辐射骚扰信号。经过整改后，辐射骚扰大大下降，再次对本电源辐射骚扰进行测试，完全达到了标准要求，其测试结果如图7所示。

五、结语

随着时代的发展，越来越多的电子、电气设备或系统产品都需要进行检验检测，其中EMC测试是必备的检验检测指标之一。但EMC测试项目费用较贵，EMC实验室造价昂贵，绝大部分测量设备又需要采用进口设备，导致很少检验检测机构有能力建造EMC实验室。产品的EMC性能是设计阶段赋予的，一般电子产品设计时如果不考虑EMC因素，就会很容易导致EMC测试失败，以致不能通过相关EMC法规的测试或认证。例如，产品设计研发工程师们根据需求，设计出效果良好的滤波电路，置入产品I/O(输入/输出）接口的前级，可使因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处；设计出隔离电路（如变压器隔离和光电隔离等）解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰，同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰；设计出能量吸收回路，从而减少电路、器件吸收的噪声能量；通过选择元器件和合理安排的电路系统，使干扰的影响减少。