开关电源电磁兼容问题解决方法的研究

李晋

摘要：随着微电子技术发展，人们对开关电源兼容性越发重视，为了实现开关电源微型化和高频化，需要解决其中的电磁兼容问题。基于此，本文就开关电源电磁兼容问题展开研究，首先对其出现原因进行分析，之后提出了一些解决方法，希望能够不断优化开关电源。

关键词：开关电源;电磁兼容;解决方法

开关电源优势较多，在工业、军事、航空和民用等领域都有广泛应用。开关电源在大部分场合都具有抗电磁干扰能力，能够适应电网电压波动，以保证自身正常运行，确保供电稳定。但是在大功率电流方波切换时产生的斜坡电压和电流较大，在传输过程中会对供电设备和电网造成影响，导致设备无法正常运行，甚至是开关电源工作受到影响，电源性能下降。因此，需要对开关电源电磁兼容展开研究。

一、开关电源电磁兼容产生原因

电磁干扰传输形式分为传导和辐射两种。干扰源与敏感设备之间有完整电路连接，而其中的电磁干扰就是传导传输。通过电路可以直接将干扰信号传输给接收器，导致电磁干扰。通过电磁波对介质向外传输属于辐射传输[1]。辐射耦合包括三种，一是天线发射出来的电磁波由另一个天线接收导致耦合;二是空间电磁波通过导线感应产生耦合;三是两个平行导线之间的高频信号互感产生耦合。

开关电源电磁兼容原因包括：（1）印刷电路。开关电源中印刷电路处于基本地位，其主要用于連通电器。但是印刷电路可能由于随意布置线路，设计时对电磁兼容问题考虑不够严密，导致其在运行时出现电磁噪声，干扰其他电器元件运行。因此电路印刷时，电路板设计十分重要，如果只关注电路美观度就会影响印刷电路稳定性。（2）晶体管。开关电源设计时，因为对开关电源变压器体积的考虑不够充分，导致晶体管开关频率增加，电流频繁变化，进而使电磁信号控制能力降低。此外晶体管开关频率在增加后，其温度也会不断上升，如果缺乏散热元件就会出现寄生电容，使电压频率发生变化，电磁干扰更加严重[2]。（3）开关变压器。开关电源中功率变压器是十分重要的组成部分，其在运行时必然会产生电磁干扰，这是由于变压器中有多个绕组，各绕组间会产生寄生电容，进而出现脉冲电波，最终导致电磁干扰。而电磁干扰会对其他元件产生影响，使变压器两边配合不够协调，产生漏磁现象，导致晶体管电压上升，电磁干扰现象加重。

二、开关电源电磁兼容问题解决方法

（一）有效预防电磁干扰

首先，尽量缩小PCB铜箔占据范围。在对开关电源中的电气元件进行设计时，而开关管中的漏极集电路极等容易产生噪声的电路节点中要尽量缩小PCB铜箔占据范围，科学把控开关电源输入输出端与相应电器元件之间距离。而对于并未采取屏蔽措施的变压器线包以及变压器磁芯均为噪音元件，其会产生的电磁干扰，这就需要保证开关电源屏蔽体与变压器保持合理距离。

其次，尽量缩小电流环范围。为了防止出现EMI电感饱和现象，需要尽量缩小电流环范围，避免开关电源中的驱动反馈电流与初级开关电流混乱。同时，需要把控好阻尼电阻值，其电阻值大小以振铃响为判断标准。此外，把控好次级电路元件以及初级电路屏蔽体间距，在输入电缆旁放置高频输入EMI滤波器，能够避免、预防电磁干扰现象出现[3]。

最后，适当添加辅助线圈。辅助线圈通过并联方式使磁棒线圈和RF滤波器两边电阻增加。但是，需要确保功率变压器与EMI滤波器之间能够保持足够距离，尤其不可在开关电源绕包的首部放置。如果PCB面积未缩小，需要适当扩大屏蔽绕组脚位范围，并为RC阻尼器预留位置，进而采用跨界方式使RC阻尼器增加。

（二）加强整改工作

1.若是开关电源频率处于1MHz范围内，其主要受到差模干扰，这种干扰是由于开关电源和交流电源环流引发的，差模电流会从电源进线传输至开关电源，之后从其中的中线传输出去。这次出现差模传导发射方式，主要是由于晶体管中的谐波和激波导致的，其会影响电压调整、测试结果。而为了防止出现差模干扰，需要科学选择滤波元件参数，适当扩大X电容量，提高差模电感，若是有些开关电压功率比较小，可以采用P1型滤波器解决[4]。

2.若是开关电源频率处于1-5MHz范围内，差模干扰和共模干扰同时作用需要增加X电容在输出端进而用于差模干扰抵消，同时对干扰超标原因进行分析，之后采用差模电感器，并根据需求调整电感量，同时还需要调整整流二极管。

3.若是开关电源频率超过5MHz，其主要受到共模干扰，这种干扰主要是由于共模电流引发的，平衡共模电流并在中线与相线流动，二者具有同样相位、幅度。共模传导干扰发射受到开关晶体管集电极电压影响而发生变化，此时，散热片寄生电容耦合和晶体管外壳会产生影响，因此，可以通过嫁接滤波器共模电容或是在散热器与晶体管外壳处设置屏蔽层，进而防止晶体管外壳和散热器片间分布电容，进而控制共模传导干扰，对此，若是外壳接地则可以使用磁环，并将其缠绕两圈，这样能够避免超过10MHz电磁干扰[5]。

4.若是开关电源频率处于25-30MHz范围内，需要增加电容，或是在变压器上采取铜皮保护，及时调整PCB布局，并采用双线磁环，将其放在输出线前端位置。此外，在输出整流管两边实行并联方式，设置RC滤波器，同时调整电容位置及其容量、参数等，采用铜箔保护变压器外壳，并在其内部采取屏蔽措施，调整绕组排布，对PCB布局进行调整。在输出线前端位置设置双线绕组共模电感，采用并联方式设置滤波器，调整其参数。

结束语：

综上所述，随着电子产品应用范围的扩大，高电流和高电压作业导致电子产品产生的电磁干扰越来越强，相对于其他容易控制的元件而言，开关电源电磁兼容控制更复杂，对此，需要深入分析电磁干扰基本原理，采取有效措施预防并整改电磁干扰现象，确保开关电源应用质量。

参考文献：

[1]任静.开关电源电磁干扰分析及其传导EMI建模仿真研究[D].兰州理工大学，2020.

[2]利树标.开关电源电磁兼容性发展现状及整改探究[J].电子乐园，2019（5）：0174-0174.

[3]陈明省，李刚，高彬，等.多维人员信息感知设备电磁兼容的研究[J].警察技术，2019，000（005）：56-59.

[4]李镇江.基于共模干扰的开关电源电磁兼容性研究[J].中国新通信，2019，021（011）：196-197.

[5]易嗣为.DC-DC转换器的电磁兼容理论与技术研究[D].电子科技大学，2019.