开关电源设计中EMI是如何产生、传播以及优化

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来源：东莞市成良智能科技发布时间：2019-08-31 点击量：1130

开关电源之电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰能力，电磁兼容(EMC)包含电磁干扰(EMI)和电磁抗扰度(EMS)。。

开关电源之电磁干扰限制可分为两个基本应用范畴：
● A类：适用于商业或工业装置环境，相应限制较为轻松。
● B类：适用于家用或住宅装置，相应限制较为严格。

开关电源之电磁干扰限制之B类限制约比A类限制低10dB，即发射振幅之比约为1:3(20×log(3)≈10dB)。市场销售的产品还需要满足一些重要的安规标准。在许多国家，电磁兼容标准和安规标准统一用一个区域认证标志来表示，如CE标志即欧洲认证标志，CCC标志即中国强制认证标志。该标志表示产品符合电磁兼容标准和安规标准。

历史上普遍接受的国际电磁干扰标准是CISPR-22，美国的电磁干扰标准是FCC，CISPR-22与FCC有所不同，但一般来说如果开关电源符合CISPR-22标准，那么它也符合FCC标准。总之CISPR-22标准已经成为全世界都遵守的基本标准。汽车上的电磁干扰标准是CISPR-25，相对CISPR22来说CISPR-25标准限制值更低并且额外对FM频段做了很严的限制要求。

电磁干扰的辐射测试普遍采用天线接收法测试，相比于CISPR22来说CISPR25额外增加了150KHz ~ 30MHz的辐射测试，这部分测试频段覆盖了DCDC的工作频率范围，是辐射测试的难点。另外CISPR-25辐射测试采用1M法天线距离更近，测试接收的信号更强。

对于设备来说DCDC开关电源是最常见的噪声源，而通常又不易受干扰，所以DCDC的EMC问题主要就是EMI问题。以Buc开关k电源为例，DCDC芯片开关过程中产生电压和电流的变化，包含了较快的di/dt和dv/dt噪声分量，其开关噪声不仅包含开关次和倍频频率段的噪声，另外其开关速度越低，高频噪声分量衰减越大。噪声分为差模噪声和共模噪声，差模噪声是LN线之间的电位差，共模噪声是待测零部件的LN线和参考地之间的电位差。DCDC电源EMI主要于电流和电压跳变，通过共模和差模的形式耦合到接收器上。

开关电源的噪声产生和耦合路径，从传导路径来说开关节点产生的差模干扰通过输入电容滤波后会直接传到输入端，共模干扰通过开关节点对地的耦合再通过LISN端检测到。从辐射的路径来看主要是差模的功率电流回路产生的，当然共模干扰也会产生部分辐射干扰。因此在设计开关电源之电路时减小功率开关电流回路对传导辐射干扰有很大的帮助。

既然有了上面对开关电源之EMI产生的原因分析，我们就可以按照如下几点对EMI进行优化：输入端增加开关电源之EMI滤波器EMI滤波器可以抑制流经LISN的差模和共模电流，这在传导测试中尤其关键，根据对噪声的大小的衰减比例可以计算出EMI滤波器的参数大小。

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