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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 單路平板開關電源

DC-DC開關電源EMI產生、傳播與優化設計

發布日期：2022-04-18 點擊率：122

【導讀】現代電力電子系統通常在開關模式下工作，會產生較大的電磁干擾（EMI），EMI問題一直是電力電子工程師頭疼的問題，解決EMI問題是一項既困難又耗時的工作，本文將介紹EMI是如何產生、傳播以及如何優化解決。

首先，讓咱們先了解常用的縮略語：

EMC（Electromagnetic Compatibility）：電磁兼容性

EMI（Electromagnetic Interference）：電磁干擾

EMS（Electromagnetic Susceptibility）：電磁抗擾度

IEC（International Electrotechnical Commission）：國際電工委員會

FCC（Federal Communication Commission）：美國聯邦通信委員會

CISPR：國際無線電干擾特別委員會

CE：字母“CE”是法文句子的縮寫，意指歐盟

CCC（China Compulsory Certificate）：中國強制性產品認證制度，又稱3C認證。

電磁兼容性及應用

電磁兼容性（EMC）是指設備或系統在電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾能力，電磁兼容（EMC）包含電磁干擾（EMI）和電磁抗擾度（EMS）。其包含的測試項目如圖1所示。

圖1：EMC測試項

電磁干擾限制可分為兩個基本應用范疇：

A類：適用于商業或工業裝置環境，相應限制較為輕松；

B類：適用于家用或住宅裝置，相應限制較為嚴格。

B類限制約比A類限制低10dB，即發射振幅之比約為1:3(20×log(3)≈10dB)。市場銷售的產品還需要滿足一些重要的安規標準。在許多國家，電磁兼容標準和安規標準統一用一個區域認證標志來表示，如CE標志即歐洲認證標志，CCC標志即中國強制認證標志。該標志表示產品符合電磁兼容標準和安規標準。

歷史上普遍接受的國際電磁干擾標準是CISPR-22，美國的電磁干擾標準是FCC，CISPR-22與FCC有所不同，但一般來說如果電源符合CISPR-22標準，那么它也符合FCC標準?？傊瓹ISPR-22標準已經成為全世界都遵守的基本標準。汽車上的電磁干擾標準是CISPR-25，相對CISPR22來說CISPR-25標準限制值更低并且額外對FM頻段做了很嚴的限制要求。具體傳導測試限制要求如圖2所示。

圖2：傳導測試標準

如圖3所示電磁干擾的輻射測試普遍采用天線接收法測試，相比于CISPR22來說CISPR25額外增加了150KHz ~ 30MHz的輻射測試，這部分測試頻段覆蓋了DCDC的工作頻率范圍，是輻射測試的難點。另外CISPR-25輻射測試采用1M法天線距離更近，測試接收的信號更強。

圖3：輻射測試標準

對于設備來說DCDC開關電源是最常見的噪聲源，而通常又不易受干擾，所以DCDC的EMC問題主要就是EMI問題。以Buck電源為例，DCDC芯片開關過程中產生電壓和電流的變化，包含了較快的di/dt和dv/dt噪聲分量，其開關噪聲不僅包含開關次和倍頻頻率段的噪聲，另外其開關速度越低，高頻噪聲分量衰減越大。噪聲分為差模噪聲和共模噪聲，差模噪聲是LN線之間的電位差，共模噪聲是待測零部件的LN線和參考地之間的電位差。DCDC電源EMI主要來源于電流和電壓跳變，通過共模和差模的形式耦合到接收器上。

如圖4所示是Buck開關電源的噪聲產生和耦合路徑，從傳導路徑來說開關節點產生的差模干擾通過輸入電容濾波后會直接傳到輸入端，共模干擾通過開關節點對地的耦合再通過LISN端檢測到。從輻射的路徑來看主要是差模的功率電流回路產生的，當然共模干擾也會產生部分輻射干擾。因此在設計電路時減小功率開關電流回路對傳導輻射干擾有很大的幫助。