隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)電源模塊憑借體積小、效率高、工作可靠等優(yōu)勢(shì)，逐步取代傳統(tǒng)整流電源，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域。然而，其高頻工作特性會(huì)產(chǎn)生高 dv/dt 與 di/dt，引發(fā)強(qiáng)烈諧波干擾和尖峰干擾，通過傳導(dǎo)、輻射、串?dāng)_等途徑影響自身及周邊電子系統(tǒng)，同時(shí)也易受外界電磁干擾，這一電磁兼容性（EMC）問題直接關(guān)系產(chǎn)品能否通過 3C 認(rèn)證進(jìn)入市場(chǎng)。電磁兼容學(xué)涉及多學(xué)科理論，對(duì)開關(guān)電源進(jìn)行 EMC 設(shè)計(jì)，需先明確兼容標(biāo)準(zhǔn)、關(guān)鍵電路、干擾源及防護(hù)措施，比創(chuàng)達(dá)在該領(lǐng)域深耕多年，基于豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)隔離式 DC/DC 變換器的 EMC 設(shè)計(jì)展開深入研究。
一、開關(guān)電源電磁干擾源解析**
（一）內(nèi)部干擾源**

二極管反向恢復(fù)干擾：開關(guān)電源中整流、續(xù)流二極管工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生高壓尖峰 VFP，關(guān)斷時(shí)因反向恢復(fù)時(shí)間 trr 及封裝、引線電感，出現(xiàn)反向電壓尖峰 VRP 與瞬變反向恢復(fù)電流 IRP，成為電磁干擾根源。

開關(guān)管開關(guān)動(dòng)作干擾：不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，開關(guān)管電流波形含高頻成分，開通時(shí)因開關(guān)時(shí)間短、引線電感產(chǎn)生高 dv/dt 與尖峰電壓，關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生高 di/dt 與電流尖峰，引發(fā)強(qiáng)電磁干擾。

磁性元件干擾：輸入濾波電感、功率變壓器等磁性元件，因寄生電容、漏感、繞組高頻脈沖電流及飽和狀態(tài)下的電流突變，產(chǎn)生電磁輻射與耦合干擾；負(fù)載突切時(shí)還會(huì)形成電壓尖峰。

其他內(nèi)部干擾：控制電路高頻脈沖信號(hào)產(chǎn)生高次諧波；地環(huán)路、公共阻抗耦合及控制電源噪聲引發(fā)干擾；不合理布線通過耦合電容與分布互感串?dāng)_或輻射；熱輻射以電磁波形式影響元器件穩(wěn)定工作。

電流電壓波形圖

（二）外界干擾源

電網(wǎng)諧波、雷電、太陽(yáng)噪聲、靜電放電，以及周邊高頻發(fā)射設(shè)備，均會(huì)對(duì)開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾，威脅設(shè)備正常運(yùn)行。

二、電磁干擾的危害

電磁干擾會(huì)導(dǎo)致傳輸信號(hào)畸變，影響設(shè)備功能；雷電、靜電放電等高能量干擾可能直接損壞設(shè)備；部分場(chǎng)景下，電磁輻射還會(huì)造成重要信息泄漏，帶來安全隱患。

三、開關(guān)電源 EMC 設(shè)計(jì)策略

EMC 設(shè)計(jì)核心是從干擾源、傳播途徑、受擾設(shè)備三方面入手，比創(chuàng)達(dá)結(jié)合技術(shù)積累，針對(duì)隔離式 DC/DC 變換器制定以下設(shè)計(jì)方案：

（一）輸入濾波電路設(shè)計(jì)

采用瞬態(tài)電壓抑制二極管 FV1、壓敏電阻 RV1 吸收瞬變浪涌電流，保護(hù)后級(jí)電路；選用直流 EMI 濾波器 Z1 并確保良好接地、短接地線及輸入輸出線屏蔽隔離，切斷傳導(dǎo)與輻射干擾；L1、C1 組成低通濾波電路，L1 配續(xù)流回路吸收斷開時(shí)電場(chǎng)能，選用閉合磁芯減少漏磁干擾，C1 選大容量以降低輸入線紋波電壓。

變換器輸入濾波電路
（二）高頻逆變電路設(shè)計(jì)

在半橋逆變電路中，于變壓器原邊加 R4、C4 吸收回路，或在開關(guān)管兩端并聯(lián)低感電容 C5、C6 并縮短引線，減小回路電感；采用專利 “多層低感復(fù)合母排”，將回路電感降至 10nH 級(jí)；降低開關(guān)頻率、采用 ZCS/ZVS 軟開關(guān)技術(shù)，選用低噪聲電路拓?fù)?，有效降低電磁干擾。

半橋逆變電路

（三）高頻變壓器設(shè)計(jì)

選用高電磁屏蔽性磁芯材料，繞制時(shí)減小繞組間分布電容，原副邊增加接地屏蔽層，阻斷高頻干擾耦合；將變壓器封裝于鋁殼盒并安裝在鋁散熱器上，灌注電子硅膠，兼顧電磁屏蔽與散熱，減少熱輻射干擾。

開關(guān)管電流、電壓波形比較圖

（四）輸出整流與濾波電路設(shè)計(jì)

輸出整流電路中，為整流、續(xù)流二極管配置 R5C12、R6C13 吸收電路，選用軟恢復(fù)特性二極管，優(yōu)先在低輸出電壓場(chǎng)景用肖特基二極管，減少干擾能量；輸出濾波電路采用 LC 濾波，多電容并聯(lián)減小等效串聯(lián)電阻，選閉環(huán)磁芯電感，搭配低感共模電容、三端差模電容及 EMI 濾波器，切斷干擾傳播。

輸出整流電路電磁兼容設(shè)計(jì)

（五）其他關(guān)鍵設(shè)計(jì)

開關(guān)器件防護(hù)：繼電器、接觸器線圈兩端反并聯(lián)二極管或 RC 吸收電路，交流線圈并壓敏電阻，觸頭加 RC 吸收回路，線圈與輔助電源間加 EMI 濾波器。

箱體結(jié)構(gòu)：根據(jù)干擾頻率選高電導(dǎo)率或高導(dǎo)磁率金屬材料，多層屏蔽應(yīng)對(duì)寬頻率干擾；優(yōu)化孔洞、縫隙設(shè)計(jì)，用焊接、電磁密封墊處理搭接，通風(fēng)孔選穿孔金屬板或截止波導(dǎo)管，必要時(shí)噴涂屏蔽漆。

元器件布局與布線：EMI 濾波器裝于機(jī)箱入口，敏感元件遠(yuǎn)離干擾源與熱源；主電路與控制信號(hào)線、輸入與輸出線等分開走線，避免平行，間距超 20mm，用雙絞屏蔽線、同軸電纜，帶狀電纜按 “信號(hào)線 - 地線” 間隔排列。

元器件選型：選高噪聲容限 CMOS 器件、低速窄帶元件、低分布電感 SMP 元件及高頻特性好的濾波電容，控制元器件溫升。

控制電路與 PCB：合理選擇單點(diǎn)、多點(diǎn)或混合接地方式，用光電耦合器隔離地環(huán)路，靠近芯片加解耦電容；PCB 布置地線網(wǎng)絡(luò)，縮短關(guān)鍵信號(hào)地線，多層板中數(shù)字地與模擬地同層，降低地線阻抗與干擾耦合。

軟硬件優(yōu)化：開關(guān)元件驅(qū)動(dòng)脈沖加 - 5V~-10V 負(fù)電平，或用光纖傳輸驅(qū)動(dòng)信號(hào)；通過軟件多次采樣等數(shù)字濾波技術(shù)，防止干擾引發(fā)誤動(dòng)作。

四、結(jié)語(yǔ)

開關(guān)電源 EMC 設(shè)計(jì)是系統(tǒng)工程，比創(chuàng)達(dá)通過深入分析干擾源與機(jī)理，從電路、結(jié)構(gòu)、軟硬件多維度制定設(shè)計(jì)方案，有效解決隔離式 DC/DC 變換器 EMC 問題，其技術(shù)經(jīng)驗(yàn)為各類電子產(chǎn)品 EMC 設(shè)計(jì)提供重要參考，助力產(chǎn)品滿足 EMC 標(biāo)準(zhǔn)，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

審核編輯 黃宇