教你如何通俗理解开关电源EMI

教你如何通俗理解开关电源EMI
教你如何通俗理解开关电源EMI

教你如何通俗理解开关电源EMI
其实所有的电器设备,都会有电磁干扰.只不过严重程度各有不同.电磁干扰会影响各种电器设备的正常工作,会干扰通信数据的正常传递,虽然对人体的伤害尚无定论,但是普遍认为对人体不利.所以很多国家和地区对电器的电磁干扰程度有严格的规定.当然电源也不例外的,所以我们有理由好好了解EMI以及其抑制方法.
下面结合一些专家的文献来描述EMI.首先EMI 有三个基本面噪音源：发射干扰的源头,如同传染病的传染源耦合途径：传播干扰的载体,如同传染病传播的载体,食物,水,空气.接收器：被干扰的对象,被传染的人.缺少一样,电磁干扰就不成立了.所以,降低电磁干扰的危害,也有三种办法：1.从源头抑制干扰.2.切断传播途径3.增强抵抗力,这个就是所谓的EMC（电磁兼容）解释以下名词：传导干扰：也就是噪音通过导线传递的方式.辐射干扰：也就是噪音通过空间辐射的方式传递.差模干扰：由于电路中的自身电势差,电流所产成的干扰,比如火线和零线,正极和负极.共模干扰：由于电路和大地之间的电势差,电流所产生的干扰.通常我们去实验室测试的项目：传导发射：测试你的电源通过传导发射出去的干扰是否合格.辐射发射：测试你的电源通过辐射发射出去的干扰是否合格.传导抗扰：在具有传导干扰的环境中,你的电源能否正常工作.辐射抗扰：在具有辐射干扰的环境中,你的电源能否正常工作.首先来看,噪音的源头：任何周期性的电压和电流都能通过傅立叶分解的方法,分解为各种频率的正弦波.所以在测试干扰的时候,需要测试各种频率下的噪音强度.那么在开关电源中,这些噪音的来源是什么呢?开关电源中,由于开关器件在周期性的开合,所以,电路中的电流和电压也是周期性的在变化.那么那些变化的电流和电压,就是噪音的真正源头.那么有人可能会问,我的开关频率是100KHz的,但是为什么测试出来的噪音,从几百K到几百M都有呢?我们把同等有效值,同等频率的各种波形做快速傅立叶分析：蓝色：正弦波绿色：三角波红色：方波可以看到,正弦波只有基波分量,但是三角波和方波含有高次谐波,谐波最大的是方波.也就是说如果电流或者电压波形,是非正弦波的信号,都能分解出高次谐波.那么如果同样的方波,但是上升下降时间不同,会怎样呢.同样是100KHz的方波 红色：上升下降时间都为100ns绿色：上升下降时间都为500ns可以看到红色的高次谐波明显大于绿色.我们继续分析下面两种波形,A:有严重高频震荡的方波,比如MOS,二极管上的电压波形.B:用吸收电路,把方波的高频振荡吸收一下.分别做快速傅立叶分析：可以看到在振荡频率（大概30M）之后,A波形的谐波,要大于B波形.再来看,下面的波形,一个是具有导通尖峰的电流波形,一个没有导通尖峰.对两个波形做傅立叶分析：可以看到红色波形的高次谐波,要大于绿色波形,继续对两个波形,作分析红色:固定频率的信号,绿色：具有稍微频率抖动的信号可以看到,频率抖动,可以降低低频段能量.进一步,放大低频段的频谱能量：可以看到,频率抖动就是把频谱能量分散了,而固定频率的频谱能量,集中在基波的谐波频率点,所以峰值比较高,容易超标.最后稍微总结一下,如果从源头来抑制EMI.1.对于开关频率的选择,比如传导测试150K-30M,那么在条件容许的情况下,可选择130K之类的开关频率,这样基波频率可以避开测试.2.采用频率抖动的技术.频率抖动可以分散能量,对低频段的EMI有好处.3.适当降低开关速度,降低开关速度,可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt.对高频段的EMI有好处.4.采用软开关技术,比如PSFB,AHB之类的ZVS可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt.对高频段的EMI有好处.而LLC等谐振技术,可以让一些波形变成正弦波,进一步降低EMI.5.对一些振荡尖峰做吸收,这些管子上的振荡,往往频率很高,会发射很大的EMI.6.采用反向恢复好的二极管,二极管的反向恢复电流,不但会带来高di/dt.还会和漏感等寄生电感共同造成高的dv/dt.但事实上,开关电源是EMI发射源无法根本解决.而且一些从源头抑制EMI的方法同时会降低效率,所以从传播途径来抑制EMI显得尤为重要.