EMI抑制技术助力开关电源系统怎么减少设计噪音？

文中科学研究监管干扰信号（EMI）的标准和要求，及其开关电源电路造成的噪音种类，并给予缓解EMI的基本上指引，包含安裝在别的机器设备中以作为更高系统软件的一部分，或者作为独立的运用。

电源开关开关电源和EMC规范

开关电源电路是一通用性的专业术语，叙述含有可将直流电压变换为交流电流的开关电源，而这里变换后的交流电流还可再进一步解决变成另一个直流电压。

开关电源电路可以分成沟通交流对直流稳压电源（沟通交流—键入）或直流电对直流电转化器（直流电键入），两者都具备把直流电变换为沟通交流的作用，便于更改工作电压。开关电源电路因其中在的设计方案特性，会造成由多频信号构成的干扰信号。

直流电对沟通交流转化器将键入直流电压转换为可根据变电器变压或降血压的交流电流。沟通交流对直流稳压电源还可运用高频电路来变换工作电压。可是，在任意一种状况中，內部交流电流并并不是纯正弦波形，而常常是可由傅立叶级数表明的矩形框波，由具备谐波电流有关工作频率的很多正弦波形的代数和（Algebraic Sum）构成。

这种多频信号是传输散射和辐射源发送的来源于，会影响安裝开关电源的机器设备及周边的工作频率比较敏感机器设备。

电子器件机器设备开发设计须合乎世界各国EMI规范

经过有目的性的发送磁场，电磁谱早已非常广泛地运用于广播节目、通讯器材和数据通信等行业。为维护电磁谱和保证所配搭的电气设备电子控制系统兼容模式，监管部门早已制订电子产品中传输和辐射源EMI的操纵规范。

CISPR 22是欧美地区在其中一个具体的技术标准，得到欧共体中大部分的地方选用，而美国通信联合会（FCC）是国外的监管部门。FCC的第15一部分标准将数据电子产品分成A类（用以商业服务、工业生产或运营自然环境）和B类（用以定居自然环境）。因为B类机器设备布局在家庭生活中别的电子产品周边的概率更高，因而其发送（Emission）规范更加严苛。

CISPR 22政策法规已与FCC规范互相融洽，除少数不可抗力事件，现可对数据的电子产品开展验证。融洽化规定传输散射和辐射源发送选用同一规范。由于CISPR 22对1GHz以上的工作频率并没有要求限制值，因此1GHz以上的测量务必合乎FCC标准和卫生防护距离规定，而FCC第15一部分和CISPR 22要求工作频率的传输/辐射源发送限制值，彼此之间仅相距几dB罢了。

EMC检测和合乎性须遵循ANSI标准

电磁兼容测试性（EMC）检测和合乎性（Compliance）须依照ANSI规范界定的测试代码实行，该规范并不包括与通用性或特定商品相关的传输和辐射源发送限制值。

特别注意的是，检测是对于全部系统软件，并不是仅对于电源模块，即使外界开关电源作为单独商品符合要求，也必须与全部终端设备系统软件一起参与检测。

EMI/EMC基本上来源于和有关工作频率

EMI最先可分成瞬态的要素或持续的影响。当源发送延迟时间短的动能单脉冲而不是持续信号时，便会造成瞬态EMI。源包含电源开关电气设备路线，及其静电放电（ESD）、电闪及电缆线浪涌保护器。电机、柴油发电机点火装置及持续数字电路设计电源开关可以促使瞬态EMI反复产生。

持续影响可以依据频段进一步细分化，几10Hz至20kHz工作频率被归到声频，而微波射频影响（RFI）产生在20kHz及以上频段。

EMI藕合

藕合根据传输、辐射源或传感而造成。传输的EMI发送可达到30MHz。工作频率小于5MHz下列的电流量，大部分是差模（Differential Mode）电流量，而高过5MHz的电流量通常是共模（Common Mode）电流量（图1）。

图1 差模和共模的界定

差模电流量是一两条线对（Two Wire Pair）上的预估电流量，也就是离去路线源端和返回路线回到端电流量。测试工程师可以依据相对性特定定位点来精确测量每条路线的噪音，差模电流量根据电源插头，在开关电源电路和它的源或负荷中间流动性，而这种电流量与路面不相干。

共模电流量根据电源插头在同一方向出入开关电源电路，并根据路面返回它的源。在很多状况下，共模噪音是根据电源电路中的生存电容器来传输的，但也可流过机壳和路面间的电容器。

当源和信号接收器（受影响机器设备）做为无线无线天线应用时，便会产生辐射源藕合。这时，源辐射源出的无线电波会越过宽阔室内空间，在源和受影响机器设备中间散播，并被受影响机器设备所接受。

相对性传输藕合或辐射源藕合而言，电感器藕合（电或磁藕合）较为罕见，电感耦合会出现在源和信号接收器中间间距较短之处。

当2个邻近电导体间存有转变的静电场，造成空隙处工作电压产生变化，便会产生电感器测；而当2个平行面电导体中间有一转变的电磁场，造成顺着接受电导体发生工作电压转变，则会产生磁感测。

一般而言，要清晰搞清楚EMI问题的表现，需要从电力学上及作用常见故障的实际意义上去掌握干扰信号和信号、抵达受影响机器设备的藕合途径及受影响机器设备的特点。在实质上，因为危害所致使的问题通常是应用统计学，因而，危害表现和规范制订的很多工作中，全是建根据将毁灭性EMI产生的概率减少到可以接纳的水平，而不是保证清除EMI。

传输EMI

为了更好地合理地让传输发送缓解出来，务必各自处理差模噪音和共模噪音的问题。

在开关电源电路电缆线和回到线中间立即联接旁通电力电容器的作法，通常能抑制差模噪音（图2）。坐落于开关电源电路键入或导出处的电缆线很有可能必须过滤，为完成最好实际效果，这种路线上的旁路电容器要放到噪音造成源的尾端周边。

图2 差模过滤器平面图

在噪音造成源的基本上电源开关工作频率周边，低频率差模电流量的损耗规定要有较高的旁路电容值，这代表着陶瓷电容就不适合。22微法拉（μF）下列的陶瓷电容只合适过虑开关电源电路的较低压导出，但不适宜这些有100安培（V）浪涌保护器的开关电源。这时应选用额定值电容器和工作电压较高的电解电容。

为与此同时合适损耗较低的基本上电源开关工作频率及较高谐波电流次数的差模电流量，差模键入过滤器通常是由电解电容和陶瓷电容所构成。

提升一个与主开关电源串连的感应器，与旁路电容器一起产生–单极L-C差模带通滤波器，可以进一步抑止差模电流量。

另一方面，在开关电源电路的每根电缆线和路面相互连接旁路电容器，便可高效抑止共模传导电流，这种电缆线可以坐落于开关电源电路的键入或导出处。

通过提升一对与每一个主开关电源串连的藕合扼流（Choke）感应器，可进一步抑止共模电流量（图3）。藕合扼流感应器的高特性阻抗驱使共模电流量穿过旁路电容器。

图3 共模过滤器平面图

RF特性阻抗及无线天线环城路总面积降低能抑制辐射源EMI

减少微波射频（RF）特性阻抗及降低无线天线环城路总面积可以抑止辐射源出的EMI（图4）。将电缆线和其回到线路所产生的闭合式环城路总面积减到最少，便可达到此一总体目标。

图4 变小无线天线环城路总面积以减少辐射源发送

将印刷线路板迹线的总宽尽量地变大，并将它与其说回到线路并接联接，便可以将迹线的电感器降至最少。一样地，因为线环（Wire Loop）的特性阻抗与其说总面积成占比，因此变小电缆线与其说回到线路中间的总面积，可以进一步减少其特性阻抗。

在双片印刷线路板内，将邻近印刷线路板层上的电缆线与回到线路这二者中的一个放到另一个上边，便可将电缆线与回到线路间的总面积合理地变小。变小电缆线以及回到线路间的环城路总面积，不但减少RF特性阻抗，并且因为环城路总面积越小，造成的磁场也越低，还会继续限定无线天线的实效性。

除此之外，坐落于印刷线路板外表层的接地质构造可明显地抑止辐射源EMI，尤其是立即坐落于噪音造成源下边。

为进一步减少辐射源噪音，可以选用不锈钢屏蔽掉将噪音造成源放到接地装置的导电性机壳内，并根据管道过滤装置（In-line Filter）与洁净的环境因素介接。共模旁路电容器也可以回到导电性机壳上的接地装置。

系统软件级EMI缓解技术性

尽管大部分的开关电源电路会设计方案成单独的控制模块以达到可用的EMI规范，可是为了能达到管控规范的规定，系统软件自身的设计方案也需要将其所造成的EMI降到至少。在系统开发时要考虑到抑止EMI的特殊地区，包含讯号线、印刷线路板（PCB）和固体部件。

开关电源电路由于其具有的设计方案特点而会造成EMI。中国、外监管部门通过施行标准和规范来管控这种发送（Emission）问题，如FCC第15一部分标准和CISPR 22规范。

电源模块是一个系统软件内很多构件中的一个，而对辐射源和传输EMI的规定则适用全部电子控制系统。因为EMI规定适用全部系统软件，因此要花非常大的想法在系统开发上，以限定噪音。

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