时源芯微｜开关电源电磁干扰的控制技术

        要有效解决开关电源的电磁干扰问题，可从以下三个关键方面着手：其一，降低干扰源产生的干扰信号强度；其二，阻断干扰信号的传播路径；其三，提升受干扰体的抗干扰能力。基于此，开关电源电磁干扰控制技术主要涵盖电路措施、EMI 滤波、元器件选型、屏蔽以及印制电路板（PCB）抗干扰设计等多个方面。

降低开关电源自身干扰

• 开关技术优化

        在传统的硬开关电路中，通过增添电感和电容元件，借助二者的谐振效应，能够降低开关过程中的电压变化率（du/dt）和电流变化率（di/dt）。具体而言，可使开关器件在开通时，电压先于电流下降；或在关断时，电流先于电压上升，以此消除电压与电流的重叠现象，进而减少干扰的产生。

• 开关频率调制

        采用开关频率调制技术，即对开关频率 fc 进行调制，将原本集中在 fc 及其谐波 2fc、3fc…… 处的能量分散至它们周围的频带范围内。如此一来，虽然干扰总量并未降低，但能量得以分散到各个频点的基带上，使得每个频点的 EMI 幅值均不超过规定的限值。为实现降低噪声频谱峰值的目标，通常可采用随机频率法和调制频率法这两种处理方式。

• 共模干扰有源抑制

该技术旨在从主回路中提取一个与导致电磁干扰的主要开关电压波形完全反相的补偿 EMI 噪声电压，并利用此补偿电压来平衡原开关电压，从而达到抑制共模干扰的目的。

• 缓冲电路应用

        缓冲电路由线性阻抗稳定网络构成，其主要作用是消除供电电力线内潜在的各类干扰，包括电力线干扰、电快速瞬变、电涌、电压波动以及电力线谐波等。这些干扰对于普通稳压电源的影响相对较小，但对于高频开关电源而言，其影响则较为显著。

• 滤波处理

        EMI 滤波器的一个重要目标是在 150KHz - 30MHz 的频段范围内实现较高的插入损耗，同时确保对 50Hz 工频信号不产生衰减，使额定电压和电流能够顺利通过，并且还需满足一定的尺寸要求。电源线上的传导干扰信号通常可用差模和共模信号来表示。一般情况下，差模干扰幅度较小、频率较低，造成的干扰也相对较小；而共模干扰幅度较大、频率较高，还能够通过导线产生辐射，因此造成的干扰更为严重。所以，为了削弱传导干扰，将 EMI 信号控制在相关 EMC 标准规定的极限电平以下，在开关电源的输入和输出电路中加装电磁干扰滤波器是最为有效的方法。

• PCB 设计优化

        PCB 抗干扰设计主要涉及 PCB 布局、布线以及接地等方面，其核心目的是降低 PCB 的电磁辐射以及 PCB 上各电路之间的串扰。开关电源布局的最佳方法与电气设计类似，在确定 PCB 的尺寸和形状后，需先确定特殊元器件（如各类发生器、晶振等）的位置，最后再根据电路的功能单元对全部元器件进行合理布局。

• 元器件选型

        在元器件选型过程中，应优先选择那些不易产生噪声、不易传导和辐射噪声的元器件。尤其需要注意的是二极管和变压器等绕组类元器件的选用。反向恢复电流小、恢复时间短的快速恢复二极管是开关电源高频整流部分的理想选择。

阻断干扰信号传播路径——共模、差模电源线滤波器设计

        电源线干扰可通过电源线滤波器进行滤除。一个合理且有效的开关电源 EMI 滤波器应具备较强的差模和共模干扰抑制能力，从而有效阻断干扰信号的传播路径。

提升敏感电路抗干扰能力

        提升敏感电路抗干扰能力主要采用屏蔽和接地这两种方式。

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