开关电源EMC产生机理及其对策

常用的EMC标准及试验配置

EMS部份为EN55024包含7项测试：

EN61000-4-2:1998；

EN61000-4-3:1998；

EN61000-4-4:1995,

EN61000-4-5:1995；

EN61000-4-6：1996；

EN61000-4-8: 1993；

EN61000-4-11:1994。

EMC检测主要项目:        

空间辐射(Radiation):               EN55011,13,22  FCC  Part  15&18,  VCCI

传导干扰(Conduction):              EN55011,13,14-1,15,22,  FCC  Part  15&18,  VCCI
喀呖声(Click):                     EN55014-1

功率辐射(Power Clamp):             EN55013,14-1
磁场辐射(Magnetic Emission):       EN55011,15
低频干扰(Low Frequency Immunity):  EN50091-2
静电放电(ESD):          IEC61000-4-2、EN61000-4-2、  GB/T17626.2
辐射抗扰度(R/S):        IEC61000-4-3、  EN61000-4-3  、GB/T17626.3
脉冲群抗扰度(EFT/B):    IEC61000-4-4、EN61000-4-4  、  GB/T17626.4
浪涌抗扰度(SURGE):      IEC61000-4-5、  EN61000-4-5、  GB/T17626.5
传导骚扰抗扰度(C/S):    IEC61000-4-6、  EN61000-4-6  、GB/T17626.6

工频磁场抗扰度(M/S):    IEC61000-4-8、  EN61000-4-8、GB/T17626.8 
电压跌落(DIPS):         IEC61000-4-11、  EN61000-4-11、  GB/T17626.11
谐波电流(Harmonic):     IEC61000-3-2、EN61000-3-2

电压闪烁(Flicker):      IEC61000-3-3、EN61000-3-3

   辐射干扰(Radiated Interference)是通过空间并以电磁波的特性和规律传播的。但不是任何装置都能辐射电磁波的。传导干扰(Conducted Interference)是沿着导体传播的干扰。所以传导干扰的传播要求在干扰源和接收器之间有一完整的电路连接。

电磁兼容三要素：任何电磁兼容性问题都包含三个要素，即干扰源、敏感源和耦合路径，这三个要素中缺少一个，电磁兼容问题就不会存在。

产生电磁干扰的条件: 突然变化的电压或电流，即dV/dt或dI/dt很大；辐射天线或传导导体。

电磁兼容标准对设备的要求有两个方面：一个是工作时不会对外界产生不良的电磁干扰影响，另一个是不能对外界的电磁干扰过度敏感。前一个方面的要求称为干扰发射要求，后一个方面的要求称为敏感度要求。

  电磁能量从设备内传出或从外界传入设备的途径只有两个，一个是以电磁波的形式从空间传播，另一个是以电流的形式沿导线传播。因此，电磁干扰发射可以分为：传导发射和辐射发射；敏感度也可以分为传导敏感度和辐射敏感度。

  电磁兼容标准分为基础标准、通用标准、产品类标准和专用产品标准。

   基础标准：描述了EMC现象、规定了EMC测试方法、设备，定义了等级和性能判据。基础标准不涉及具体产品。

   产品类标准：针对某种产品系列的EMC测试标准。往往引用基础标准，但根据产品的特殊性提出更详细的规定。

   通用标准：按照设备使用环境划分的，当产品没有特定的产品类标准可以遵循时，使用通用标准来进行EMC测试。对使设备的功能完全正常，也要满足这些标准的要求。

关于制订电磁兼容标准的组织和标准的介绍：

IEC（国际电工委员会）：有两个平行的组织制订EMC标准，CISPR和TC77。

CISPR（国际无线电干扰特别委员会）：1934年成立。目前有七个分会：A分会（无线电干扰测量方法与统计方法）、B分会（工、科、医疗射频设备的无线电干扰）、C分会（电力线、高压设备和电牵引系统的无线电干扰）、D分会（机动车和内燃机的无线电干扰）、E分会（无线接收设备干扰特性）、F分会（家电、电动工具、照明设备及类似电器的无线电干扰）、G分会（信息设备的无线电干扰）。

TC77（第77技术委员会）：1981年成立。目前有3个分会：SC77A（低频现象）、 SC77B（高频现象）、 SC77C（对高空核电磁脉冲的抗扰性）。

CENELEC（欧洲电工标准化委员会）：由欧共体委员会授权制订欧洲标准。EN标准中引用了很多CISPR和IEC标准，其对应关系如下：

EN55××× = CISPR标准， （例： EN55011 = CISPR Pub.11）

EN6×××× = IEC标准，   （例： EN61000-4-3 = IEC61000-4-3 Pub.11）

EN50××× = CENELEC自定标准， （例： EN50801 ）

FCC（联邦通信委员会）全名为Federal Communications Commission：是管理电脑, 周边及通信产品等销售美国之审核授权机抅, 主要制订民用产品标准，关于电磁兼容的标准主要包括在FCC Part15和FCC Part 18中。

FCC Part 15 subpart B規定: 凡利用数位技術之电子裝置或系統, 及使用或产生脉波频率超过10KHz之器材,皆須依规定进行测试认证后, 才可以在美国市场销售。

MIL-STD（美军标）：典型的是MIL-STD –461D。这个标准不仅规定了最大辐射发射和传导发射的限制，还规定了系统对辐射和传导干扰的敏感度要求。配套标准ＭＩＬ－ＳＴＤ－４６２规定了必要的测试装置。商业公司经常将ＭＩＬ－ＳＴＤ－４６１中的某些部分作为产品内部ＥＭＣ规范。

VCCI（干扰自愿控制委员会）：民间机构，其标准与CISPR和IEC一致。

GB（中国国家标准）：基本采用CISPR和IEC标准，目前已发布57个。

GJB（中国军用标准）：基本采用美军标，例如GJB151A = MIL-STD –461D。

军用设备
  为军用设计的电子系统必须满足ＭＩＬ－ＳＴＤ－４６１Ｄ的要求，  另一个关于ＥＭＩ的军用标准是保密的ＴＥＭＰＥＳＴ计划，这是用来保证保密通信系统安全的。现在可以接收并复现出大多数电子设备政党工作时所发射的功率很低的射频信号。象对电子窃听很脆弱的ＣＲＴ终端那样的军用产品就属于ＴＥＭＰＥＳＴ的范畴。在实践中，ＴＥＭＰＥＳＴ控制设备和系统的发射，使无法解译携带信息的信号。
  由于关于ＥＭＣ的法规和标准十分复杂，关于信息技术设备的相关标准总结在表１.９中。一些标准的频率范围在图１－３中标明。

CE标示: 源自欧共体各会员国(European Community)缩写的总称, 並以此为标志。规范产品是否符合欧体为保障民众安全健康以及环境保护等利益所订定之基本安全要求。

CE = EMC + LVD           EMC : 電磁干扰及电磁相容性         LVD : 低电压指令

测量场地：GB要求在开阔场地中测量，GJB要求在屏蔽半无反射室中测量，由于电磁环境日趋恶化，开阔场中的背景干扰往往严重影响测量，因此，GB测量也开始在屏蔽半无反射室中做，但要求半无反射室中的电磁场分布与开阔场近似。

天线到EUT（受试设备）的距离：GB要求为3米、10米或30米，GJB要求为1米；

测量内容：GB仅测量电场辐射发射，GJB对电场辐射和磁场辐射都要测量；

测量频率范围：GB规定的测量范围为30MHz ~ 1GHz，随着时钟频率的升高，有扩展到18GHz的趋势，GJB规定的测量频率范围为10kHz ~ 18GHz。

EUT的布置：GB和GJB都要求EUT按照实际工作状态布置（互联电缆和所连接的外部设备全部按实际状态连接），GB要求EUT放置在木制测试台上，GJB要求EUT放置在金属板上。距离地面的距离为0.8米；

检波方式：干扰测量仪的读数与检波方式有关，因此标准中都明确规定检波方式，GB要求准峰值检波，GJB要求峰值检波；

最大辐射点：与处理电磁兼容问题的原则相同，仅关心最坏情况。因此，以EUT的最大辐射值为测量结果。最大辐射值的含义有4个，第一：EUT的工作状态处于最大辐射状态，第二：EUT最大辐射面对着天线，第三：天线的极化方向为接收最大场强的方向，第四：天线的高度为接收最大场强的位置。GJB中，没有第四点的要求，即，天线的高度是固定的。

测量设备：

骚扰测量设备：用来定量计量骚扰强度的设备，可以是EMI测量接收机，也可以是频谱分析仪，频率范围要覆盖150KHz~30MHz，具有峰值、准峰值和平均值检波功能。

线路阻抗稳定网络（LISN）：由于电源端子传导发射的强度与电网的阻抗有关，因此为了使测量具有唯一性，必须在特定的阻抗条件下测量，LISN就提供了这样一个环境，GB9254标准中使用的LISN为50Ω/50μH。

接地平板：受试设备要放置在接地金属板上进行试验，该金属板比被测设备边框大0.5米，最小尺寸为2m×2m。

电快速脉冲试验模拟电网中的感性负载断开时产生的干扰。这种干扰不仅会出现在电源线上，而且会耦合到信号线上。因此，这个试验要对电源线和信号线做。设备能够通过浪涌试验，并不意味着也能通过电快速脉冲试验。一方面是因为后者的频率成份远高于前者，具备不同的干扰机理，令一方面是因为电快速脉冲试验中施加的干扰是重复性，这对电路具有一种积分效应，是电路中的积分型抗干扰电路实效。

频谱分析仪能够快速地在较宽的频率范围内扫描，因此是诊断电磁干扰发射的方便工具。使用频谱分析仪时需要注意的问题：频谱分析仪不能观测瞬间干扰，如静电放电、雷电等；频谱分析仪的扫描时间不能设置得太短，即不能使扫描速度太快；从频谱分析仪屏幕上读取频率与幅度数据时，其精度与频谱仪的扫描范围有关，范围越窄，精度越高；当输入信号过大时，频谱分析仪会发生过载，使读取的幅度数据比实际的小，用输入衰减器可以避免过载；减小频谱仪的中频带宽可以提高仪器的灵敏度（和选择性），但扫描时间会更长；宽带信号的幅度会随着中频分辨带宽的增加而增加。

电磁干扰(EMI)接收机是另一种测量电磁干扰的设备，许多人在选购仪器时搞不懂接收机与频谱仪之间的区别，下面做一简单比较：

所有的接收机都标准配置预选器（频谱仪需要选配），能够有效地抑制带外噪声；所有的接收机用基频混频方式（频谱仪使用基频和谐频混频），具有较高的灵敏度；接收机的中频滤波器为矩形（频谱仪的中频滤波器为高斯形），具有更好的选择性；接收机适合于正式测量，不适合于诊断。

开关电源电磁干扰的产生机理及其传播途径

  功率开关器件的高额开关动作是导致开关电源产生电磁干扰(EMI)的主要原因。开关频率的提高一方面减小了电源的体积和重量，另一方面也导致了更为严重的EMI问题。开关电源工作时，其内部的电压和电流波形都是在非常短的时间内上升和下降的，因此，开关电源本身是一个噪声发生源。开关电源产生的干扰，按噪声干扰源种类来分,可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分,可分为传导干扰和辐射干扰两种。使电源产生的干扰不至于对电子系统和电网造成危害的根本办法是削弱噪声发生源，或者切断电源噪声和电子系统、电网之间的耦合途径。现在按噪声干扰源来分别说明：
1、二极管的反向恢复时间引起的干扰
    交流输入电压经功率二极管整流桥变为正弦脉动电压，经电容平滑后变为直流，但电容电流的波形不是正弦波而是脉冲波。由电流波形可知，电流中含有高次谐波。大量电流谐波分量流入电网，造成对电网的谐波污染。另外，由于电流是脉冲波，使电源输入功率因数降低。

高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向截止时，由于PN结中有较多的载流子积累，因而在载流子消失之前的一段时间里，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。

2、开关管工作时产生的谐波干扰
    功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在 阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐 波干扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生 尖峰干扰。
3、交流输入回路产生的干扰
    无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量，通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰；而谐波和寄生振荡的能量，通过输入输出线传播时，都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
4、其他原因
   元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布 置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。

Flyback 架构noise 在频谱上的反应

0.15 MHz处产生的振荡是开关频率的3次谐波引起的干扰。

0.2 MHz处产生的振荡是开关频率的4次谐波和Mosfet 振荡2（190.5KHz）基波的迭加，引起的干扰;所以这部分较强。

0.25 MHz处产生的振荡是开关频率的5次谐波引起的干扰;

0.35 MHz处产生的振荡是开关频率的7次谐波引起的干扰;

0.39 MHz处产生的振荡是开关频率的8次谐波和Mosfet 振荡2（190.5KHz）基波的迭加引起的干扰;

1.31MHz处产生的振荡是Diode 振荡1（1.31MHz）的基波引起的干扰;

3.3 MHz处产生的振荡是Mosfet 振荡1（3.3MHz）的基波引起的干扰;

开关管、整流二极管的振荡会产生较强的干扰

设计开关电源时防止EMI的措施:

1.把噪音电路节点的PCB铜箔面积最大限度地减小;如开关管的漏极、集电极，初次级绕组的节点，等。                                                                          

2.使输入和输出端远离噪音元件，如变压器线包，变压器磁芯，开关管的散热片，等等。

3. 使噪音元件（如未遮蔽的变压器线包，未遮蔽的变压器磁芯，和开关管，等等）远离外壳边缘，因为在正常操作下外壳边缘很可能靠近外面的接地线。    

4. 如果变压器没有使用电场屏蔽，要保持屏蔽体和散热片远离变压器。 

5. 尽量减小以下电流环的面积：次级（输出）整流器，初级开关功率器件，栅极（基极）驱动线路，辅助整流器。  

6.不要将门极（基极）的驱动返馈环路和初级开关电路或辅助整流电路混在一起。

7.调整优化阻尼电阻值，使它在开关的死区时间里不产生振铃响声。

8. 防止EMI滤波电感饱和。

9.使拐弯节点和 次级电路的元件远离初级电路的屏蔽体或者开关管的散热片。

10.保持初级电路的摆动的节点和元件本体远离屏蔽或者散热片。

11.使高频输入的EMI滤波器靠近输入电缆或者连接器端。

12.保持高频输出的EMI滤波器靠近输出电线端子。

13. 使EMI滤波器对面的PCB板的铜箔和元件本体之间保持一定距离。

14.在辅助线圈的整流器的线路上放一些电阻。

15.在磁棒线圈上并联阻尼电阻。

16.在输出RF滤波器两端并联阻尼电阻。

17.在PCB设计时允许放1nF/ 500 V陶瓷电容器或者还可以是一串电阻，跨接在变压器的初级的静端和辅助绕组之间。

18.保持EMI滤波器远离功率变压器;尤其是避免定位在绕包的端部。

19.在PCB面积足够的情况下, 可在PCB上留下放屏蔽绕组用的脚位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽绕组两端。

20.空间允许的话在开关功率场效应管的漏极和门极之间放一个小径向引线电容器（米勒电容， 10皮法/ 1千伏电容）。

21.空间允许的话放一个小的RC阻尼器在直流输出端。

22. 不要把AC插座与初级开关管的散热片靠在一起。

开关电源EMI的特点  
       作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大；干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚；开关频率不高（从几十千赫和数兆赫兹），主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰；而印刷线路板 (PCB)走线通常采用手工布线，具有更大的随意性，这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度。

1MHZ以内----以差模干扰为主,增大X电容就可解决
1MHZ---5MHZ---差模共模混合,采用输入端并一系列X电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并解决;
5M---以上以共摸干扰为主,采用抑制共摸的方法.对于外壳接地的,在地线上用一个磁环绕2圈会对10MHZ以上干扰有较大的衰减(diudiu2006);对于25--30MHZ不过可以采用加大对地Y电容、在变压器外面包铜皮、改变PCB LAYOUT、输出线前面接一个双线并绕的小磁环,最少绕10圈、在输出整流管两端并RC滤波器.
30---50MHZ    普遍是MOS管高速开通关断引起,可以用增大MOS驱动电阻,RCD缓冲电路采用1N4007慢管,VCC供电电压用1N4007慢管来解决.
100---200MHZ  普遍是输出整流管反向恢复电流引起,可以在整流管上串磁珠

100MHz-200MHz之间大部分出于PFC MOSFET及PFC 二极管,现在MOSFET及PFC二极管串磁珠有效果,水平方向基本可以解决问题,但垂直方向就很无奈了

开关电源的辐射一般只会影响到100M 以下的频段.也可以在MOS,二极管上加相应吸收回路,但效率会有所降低。

1MHZ 以内----以差模干扰为主

1.增大X 电容量；

2.添加差模电感；

3.小功率电源可采用PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。

1MHZ---5MHZ---差模共模混合，

采用输入端并联一系列X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决，

1.对于差模干扰超标可调整X 电容量,添加差模电感器，调差模电感量;

2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制；

3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107 一对普通整流二极管1N4007。

5M---以上以共摸干扰为主，采用抑制共摸的方法。

对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕2-3 圈会对10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用;可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环.处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。

对于20--30MHZ，

1.对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置；

2.调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值；

3.在变压器外面包铜箔；变压器最里层加屏蔽层；调整变压器的各绕组的排布。

4.改变PCB LAYOUT；

5.输出线前面接一个双线并绕的小共模电感；

6.在输出整流管两端并联RC 滤波器且调整合理的参数；

7.在变压器与MOSFET 之间加BEAD CORE；

8.在变压器的输入电压脚加一个小电容。

9. 可以用增大MOS 驱动电阻.

30---50MHZ 普遍是MOS 管高速开通关断引起，

1.可以用增大MOS 驱动电阻；

2.RCD 缓冲电路采用1N4007 慢管；

3.VCC 供电电压用1N4007 慢管来解决；

4.或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感；

5.在MOSFET 的D-S 脚并联一个小吸收电路；

6.在变压器与MOSFET 之间加BEAD CORE；

7.在变压器的输入电压脚加一个小电容；

8.PCB 心LAYOUT 时大电解电容，变压器，MOS 构成的电路环尽可能的小；

9.变压器，输出二极管，输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。

50---100MHZ 普遍是输出整流管反向恢复电流引起，

1.可以在整流管上串磁珠；

2.调整输出整流管的吸收电路参数；

3.可改变一二次侧跨接Y电容支路的阻抗,如PIN脚处加BEAD CORE或串接适当的电阻；

4.也可改变MOSFET，输出整流二极管的本体向空间的辐射（如铁夹卡MOSFET; 铁夹卡DIODE，改变散热器的接地点）。

5.增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射.

200MHZ 以上 开关电源已基本辐射量很小，一般可过EMI 标准。

传 导 方 面 EMI 对 策

.........

传导冷机时在0.15-1MHZ超标，热机时就有7DB余量。主要原因是初级BULK电容DF值过大造成的，冷机时ESR比较大，热机时ESR比较小，开关电流在ESR上形成开关电压，它会压在一个电流LN线间流动，这就是差模干扰。解决办法是用ESR低的电解电容或者在两个电解电容之间加一个差模电感。.........

辐射在30～300MHz频段内出现宽带噪声超标

今天在家特别闲，特发12个帖子希望大家喜欢。也希望大家多发帖

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你会资料整合吗？把资料整合好也是一门学问。

总结的比较全面，不顶不行啊

确实比较佩服楼主，分析的比较全面，如果有具体的案例分析就更好了。很多做电源的需要具体的情况分析，这样收益更大。

希望楼主多多贡献。

不顶对不起楼主.....

太詳細，太專業了，謝謝分享！學習了

美中不足的是：没有电源配系统的测试方面的经验，如电源在电视机方面的EMI。

能够讲讲EMS的经验更好了。

講得很詳細.好東西,.

講得很詳細.好東西,.

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