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討論開關電源的電磁干擾?。ǘ?/h1>
日期：2025-04-28 15:47
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摘要：
5 目前抑制干擾的幾種措施
形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備，因而抑制電磁干擾也應該從這三方面著手。首先應該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是切斷電磁干擾源和受擾設備之間的耦合通道,它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。
采用屏蔽技術可以有效地抑制開關電源的電磁輻射干擾。例如，功率開關管和輸出二極管通常有...
5 目前抑制干擾的幾種措施
形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備，因而抑制電磁干擾也應該從這三方面著手。首先應該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是切斷電磁干擾源和受擾設備之間的耦合通道,它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。
采用屏蔽技術可以有效地抑制開關電源的電磁輻射干擾。例如，功率開關管和輸出二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時需要導熱性能好的絕緣片進行絕緣，這就使器件與底板和散熱器之間產生了分布電容，開關電源的底板是交流電源的地線，因而通過器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產生共模干擾。解決這個問題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上,割斷了射頻干擾向輸入電網傳播的途徑。
為了抑制開關電源產生的輻射，電磁干擾對其他電子設備的影響,可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩,然后將整個屏蔽罩與系統的機殼和地連接為一體，就能對電磁場進行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如，靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場的干擾；電磁屏蔽用的導體原則上可以不接地,但不接地的屏蔽導體時常增強靜電耦合而產生所謂“負靜電屏蔽”效應，所以仍以接地為好,這樣使電磁屏蔽能同時發揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點與大地相連，可為信號回路提供穩定的參考電位。因此，系統中的**保護地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后，*終都與大地相連。
在電路系統設計中應遵循“一點接地”的原則，如果形成多點接地，會出現閉合的接地環路，當磁力線穿過該回路時將產生磁感應噪聲。實際上很難實現“一點接地”。因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點接地，利用一個導電平面（底板或多層印制板電路的導電平面層等）作為參考地,需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統中，應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后，再連接到公共參考點上。
濾波是抑制傳導干擾的一種很好的辦法。例如，在電源輸入端接上濾波器，可以抑制開關電源產生并向電網反饋的干擾，也可以抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當地設計或選擇濾波器,并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術的重要組成部分。
EMI濾波技術是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施,可以濾除多種原因產生的傳導干擾，具體實現部分可查閱相關文獻。
6 改進措施和建議
EMI指一個器件或系統產生的電磁噪聲引起另一個器件或系統不能進行正常工作。EMC指設備（系統、分系統）在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態。即該設備不會由于受到處同一電磁環境中的其它設備的電磁發射而導致或遭受不必要的降級;它也不會使同一電磁環境中其它設備因受其電磁發射而導致或遭受不允許的降級。電磁敏感度（ElectromagneticSusceptibility,EMS）是指在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設備或系統不能避免性能降低的能力。還有諸如輻射敏感度、傳導敏感度、電磁兼容裕量等專用術語。
6.1 輻射噪聲處理
首先檢査每個進入或者離開電源的電線（包括功率和信號）是不是與其返回線配對，也就是所謂的差分走線?！芭鋵Α逼鋵嵕褪窃谧呔€的過程中信號線和其對應的返回線非?？拷驗楫a生的噪聲直接與信號線的環路面積有關，通常采用雙絞線可以使面積和噪聲*小。*糟糕的就是將單根信號線連接到某個儀器上。正確的方法應該是采用差分走線，將信號線和相應的地線一起引出。另一個簡單的方法就是看外殼有沒有密封，電源外殼周圍有金屬層，通過將系統放入EMI密封的外殼中控制輻射后，**的輻射源是進入或離開外殼的電源和信號線。
由于電源線的傳導噪聲需要控制，這些措施也可以控制輻射噪聲。一般情況下會考慮對信號線使用濾波技術，從帶有高頻信號的信號線開始，如數字時鐘。但是由于電源內部的噪聲耦合，靜態信號線也有可能引起輻射問題，當這些靜態信號線到達其出口（入口）途中，不同器件向它輻射，它也會耦合到噪聲，當其離開外殼時就成為一個輻射天線，因而在大多數情況下，應該對所有信號線都采用帶濾波器的連接器。從實用的角度講，只要電源的外殼是金屬的，具體的材料沒有太大的影響。由于成本的問題,外殼大部分采用鋁。當出現EMI問題時，可以嘗試使用Mu金屬（一種鐐鐵合金，77%的保，15%的鐵，還有一些銅和鑰）外殼。它可以屏蔽低頻磁場，但如果已經考慮了功率線和信號線的輻射問題,就沒必要采用這種材料。
6.2 傳導噪聲處理
傳導噪聲通常分為共模噪聲和差模噪聲。共模噪聲一般指相線、中線與地線之間形成的干擾，噪聲大小相等，相位相同；差模噪聲值相線與中線之間形成的干擾,噪聲大小相等，相位相反。傳導噪聲的抑制通常采用開關電源EMI濾波器，其中的共模電容、差模電容、共模扼流圈以及鐵氧體磁環經過一定的組合可以很好地抑制共模、差模噪聲。
6.3 鐵氧體磁珠的應用
鐵氧體磁珠具有很好的高頻特性，甚至在100MHz以上，其阻抗隨頻率的增加而增加。但是，在很小的直流電流下它就會飽和一這個參數一些制造商沒有標注。因此，對大部分應用而言，磁珠對輸入噪聲基本沒有任何作用。在一些設計中，有時將磁珠用在MOSFET的門極驅動（或漏極）中。如果用在門極驅動，方法不好，通過降低MOSFET的驅動速度來降低噪聲，直接導致損耗的上升。如果用在漏極，通常效果不明顯，因為它在小電流下就已經飽和了。如果希望用來阻止在開始的幾十個納秒的時間內電流流過（如同步整流器），然后讓電感飽和，這樣就不會在功率路徑中增加電感量，在漏極串入一個
磁珠可能有效果。就算這樣，儲存在磁珠內的能量必須每個周期被消耗掉或者進行處理，就像變壓器的漏感中的能量一樣。
鐵氧體抑制元件通常應當安裝在靠近干擾源的地方，對于輸入/輸出電路，應盡量靠近屏蔽殼的進、出口處。對鐵氧體磁環和磁珠構成的吸收濾波器，除了應選用高磁導率的有耗材料外，還要注意其應用場合。它們在線路中對高頻分量呈現的電阻約為十至幾百歐姆，因而在高阻抗電路中的作用不是很明顯，相反,在低阻抗電路（如功率分配、電源或射頻電路）中使用效果很好。
PCB布局
PCB板上元器件的布局不當是引發干擾的重要因素。元器件布局首先應滿足系統的機械結構進行定位，把所有嚴格定位的器件（如變壓器、傳感器、散熱器、顯示器等）放好并鎖定。一些質量較大的器件不要直接安裝在PCB上，而需要用支架并安裝在機殼上。但從電磁兼容性考慮，元器件的布局需遵循一些共同的原則。對于一些敏感性器件例如鎖相環，對噪聲干擾特別敏感，可以在其周圍的電源銅箔上蝕刻出馬蹄形絕緣溝槽。連接器及其引腳應根據元器件在板上的位置確定，所有連接器*好放在印制板的一側，盡量避免從兩側引出電纜，以便減少共模電流輻射;I/O驅動器應緊靠連接器，避免I/O信號在板上長距離走線，耦合不必要的干擾信號。
當高速數字集成芯片與連接器之間沒有直接的信號交換時，高速數字集成芯片應安排在遠離連接器處;否則，高速數字信號有可能通過電場或磁場耦合對輸入/輸出環路產生差模干擾，并通過接口電纜向外輻射。如果高速器件必須與連接器相連，則應把高速器件放在連接器處，盡量縮短走線，然后再稍遠處安放中速器件，*遠處放低速器件；否則高速信號將穿過整個印制板才能到達連接器，可能對沿途的中低速電路產生干擾。發熱元件（如ROM,RAM,功率輸出器件和電源等）應遠離關鍵集成電路，*好放在邊緣或偏上方部分，以利于散熱。電感布局時，不要并行靠在一起，因為這樣會形成空芯變壓器并相互感應出干擾信號，因而它們之間的距離至少要相當于其中一個器件的高度，或者呈直角排列，以將其互感減到*小。許多電磁干擾都來自電源，集成電路的退耦電容應盡量靠近IC的電源引腳，目退耦電容的引線盡量短，建議使用表面貼裝電容，可以降低引線電感，防止發生自諧振。
6.5 信號地與功率地
信號地就是指流過小電流的地線,功率地指流過大電流的地線。在實際電路中，例如對于PWM芯片產生的時鐘信號的電阻的地線就是信號地，功率MOSFET的源極接的地線就是功率地。實際應用中必須將信號地與功率地分開，這是保證設計時電源正常工作的基本要求。任何走線（電線、甚至是地平面）都有一定的電阻和電感，因而當有大電流流過時，肯定會有電壓降，如果是高頻信號，通過電感時則會有額外的電壓降，這樣接地的元件實際上并沒有接地，而是電位被抬高了。解決的方法就是釆用分開的信號地和功率地，然后單點共地,*好是在電源輸入端的退耦電容處。在實際應用中，任何流過100mA以上電流的地線都可以認為是功率地。
7 結論
產生開關電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作。**抑制開關電源的各種噪聲會使開關電源得到更廣泛的應用。
5 目前抑制干擾的幾種措施
形成電磁干擾的三要素是干擾源、傳播途徑和受擾設備，因而抑制電磁干擾也應該從這三方面著手。首先應該抑制干擾源，直接消除干擾原因；其次是消除干擾源和受擾設備之間的耦合和輻射，切斷電磁干擾的傳播途徑;第三是提高受擾設備的抗擾能力，減低其對噪聲的敏感度。目前抑制干擾的幾種措施基本上都是切斷電磁干擾源和受擾設備之間的耦合通道,它們確是行之有效的辦法。常用的方法是屏蔽、接地和濾波。
采用屏蔽技術可以有效地抑制開關電源的電磁輻射干擾。例如，功率開關管和輸出二極管通常有較大的功率損耗，為了散熱往往需要安裝散熱器或直接安裝在電源底板上。器件安裝時需要導熱性能好的絕緣片進行絕緣，這就使器件與底板和散熱器之間產生了分布電容，開關電源的底板是交流電源的地線，因而通過器件與底板之間的分布電容將電磁干擾耦合到交流輸入端產生共模干擾。解決這個問題的辦法是采用兩層絕緣片之間夾一層屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上,割斷了射頻干擾向輸入電網傳播的途徑。
為了抑制開關電源產生的輻射，電磁干擾對其他電子設備的影響,可完全按照對磁場屏蔽的方法來加工屏蔽罩,然后將整個屏蔽罩與系統的機殼和地連接為一體，就能對電磁場進行有效的屏蔽。電源某些部分與大地相連可以起到抑制干擾的作用。例如，靜電屏蔽層接地可以抑制變化電場的干擾；電磁屏蔽用的導體原則上可以不接地,但不接地的屏蔽導體時常增強靜電耦合而產生所謂“負靜電屏蔽”效應，所以仍以接地為好,這樣使電磁屏蔽能同時發揮靜電屏蔽的作用。電路的公共參考點與大地相連，可為信號回路提供穩定的參考電位。因此，系統中的**保護地線、屏蔽接地線和公共參考地線各自形成接地母線后，*終都與大地相連。
在電路系統設計中應遵循“一點接地”的原則，如果形成多點接地，會出現閉合的接地環路，當磁力線穿過該回路時將產生磁感應噪聲。實際上很難實現“一點接地”。因此，為降低接地阻抗，消除分布電容的影響而采取平面式或多點接地，利用一個導電平面（底板或多層印制板電路的導電平面層等）作為參考地,需要接地的各部分就近接到該參考地上。為進一步減小接地回路的壓降,可用旁路電容減少返回電流的幅值。在低頻和高頻共存的電路系統中，應分別將低頻電路、高頻電路、功率電路的地線單獨連接后，再連接到公共參考點上。
濾波是抑制傳導干擾的一種很好的辦法。例如，在電源輸入端接上濾波器，可以抑制開關電源產生并向電網反饋的干擾，也可以抑制來自電網的噪聲對電源本身的侵害。在濾波電路中，還采用很多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器、鐵氧體磁環，它們能夠改善電路的濾波特性。恰當地設計或選擇濾波器,并正確地安裝和使用濾波器，是抗干擾技術的重要組成部分。
EMI濾波技術是一種抑制尖脈沖干擾的有效措施,可以濾除多種原因產生的傳導干擾，具體實現部分可查閱相關文獻。
6 改進措施和建議
EMI指一個器件或系統產生的電磁噪聲引起另一個器件或系統不能進行正常工作。EMC指設備（系統、分系統）在共同的電磁環境中能一起執行各自功能的共存狀態。即該設備不會由于受到處同一電磁環境中的其它設備的電磁發射而導致或遭受不必要的降級;它也不會使同一電磁環境中其它設備因受其電磁發射而導致或遭受不允許的降級。電磁敏感度（ElectromagneticSusceptibility,EMS）是指在存在電磁騷擾的情況下，裝置、設備或系統不能避免性能降低的能力。還有諸如輻射敏感度、傳導敏感度、電磁兼容裕量等專用術語。
6.1 輻射噪聲處理
首先檢査每個進入或者離開電源的電線（包括功率和信號）是不是與其返回線配對，也就是所謂的差分走線?！芭鋵Α逼鋵嵕褪窃谧呔€的過程中信號線和其對應的返回線非?？拷驗楫a生的噪聲直接與信號線的環路面積有關，通常采用雙絞線可以使面積和噪聲*小。*糟糕的就是將單根信號線連接到某個儀器上。正確的方法應該是采用差分走線，將信號線和相應的地線一起引出。另一個簡單的方法就是看外殼有沒有密封，電源外殼周圍有金屬層，通過將系統放入EMI密封的外殼中控制輻射后，**的輻射源是進入或離開外殼的電源和信號線。
由于電源線的傳導噪聲需要控制，這些措施也可以控制輻射噪聲。一般情況下會考慮對信號線使用濾波技術，從帶有高頻信號的信號線開始，如數字時鐘。但是由于電源內部的噪聲耦合，靜態信號線也有可能引起輻射問題，當這些靜態信號線到達其出口（入口）途中，不同器件向它輻射，它也會耦合到噪聲，當其離開外殼時就成為一個輻射天線，因而在大多數情況下，應該對所有信號線都采用帶濾波器的連接器。從實用的角度講，只要電源的外殼是金屬的，具體的材料沒有太大的影響。由于成本的問題,外殼大部分采用鋁。當出現EMI問題時，可以嘗試使用Mu金屬（一種鐐鐵合金，77%的保，15%的鐵，還有一些銅和鑰）外殼。它可以屏蔽低頻磁場，但如果已經考慮了功率線和信號線的輻射問題,就沒必要采用這種材料。
6.2 傳導噪聲處理
傳導噪聲通常分為共模噪聲和差模噪聲。共模噪聲一般指相線、中線與地線之間形成的干擾，噪聲大小相等，相位相同；差模噪聲值相線與中線之間形成的干擾,噪聲大小相等，相位相反。傳導噪聲的抑制通常采用開關電源EMI濾波器，其中的共模電容、差模電容、共模扼流圈以及鐵氧體磁環經過一定的組合可以很好地抑制共模、差模噪聲。
6.3 鐵氧體磁珠的應用
鐵氧體磁珠具有很好的高頻特性，甚至在100MHz以上，其阻抗隨頻率的增加而增加。但是，在很小的直流電流下它就會飽和一這個參數一些制造商沒有標注。因此，對大部分應用而言，磁珠對輸入噪聲基本沒有任何作用。在一些設計中，有時將磁珠用在MOSFET的門極驅動（或漏極）中。如果用在門極驅動，方法不好，通過降低MOSFET的驅動速度來降低噪聲，直接導致損耗的上升。如果用在漏極，通常效果不明顯，因為它在小電流下就已經飽和了。如果希望用來阻止在開始的幾十個納秒的時間內電流流過（如同步整流器），然后讓電感飽和，這樣就不會在功率路徑中增加電感量，在漏極串入一個
磁珠可能有效果。就算這樣，儲存在磁珠內的能量必須每個周期被消耗掉或者進行處理，就像變壓器的漏感中的能量一樣。
鐵氧體抑制元件通常應當安裝在靠近干擾源的地方，對于輸入/輸出電路，應盡量靠近屏蔽殼的進、出口處。對鐵氧體磁環和磁珠構成的吸收濾波器，除了應選用高磁導率的有耗材料外，還要注意其應用場合。它們在線路中對高頻分量呈現的電阻約為十至幾百歐姆，因而在高阻抗電路中的作用不是很明顯，相反,在低阻抗電路（如功率分配、電源或射頻電路）中使用效果很好。
PCB布局
PCB板上元器件的布局不當是引發干擾的重要因素。元器件布局首先應滿足系統的機械結構進行定位，把所有嚴格定位的器件（如變壓器、傳感器、散熱器、顯示器等）放好并鎖定。一些質量較大的器件不要直接安裝在PCB上，而需要用支架并安裝在機殼上。但從電磁兼容性考慮，元器件的布局需遵循一些共同的原則。對于一些敏感性器件例如鎖相環，對噪聲干擾特別敏感，可以在其周圍的電源銅箔上蝕刻出馬蹄形絕緣溝槽。連接器及其引腳應根據元器件在板上的位置確定，所有連接器*好放在印制板的一側，盡量避免從兩側引出電纜，以便減少共模電流輻射;I/O驅動器應緊靠連接器，避免I/O信號在板上長距離走線，耦合不必要的干擾信號。
當高速數字集成芯片與連接器之間沒有直接的信號交換時，高速數字集成芯片應安排在遠離連接器處;否則，高速數字信號有可能通過電場或磁場耦合對輸入/輸出環路產生差模干擾，并通過接口電纜向外輻射。如果高速器件必須與連接器相連，則應把高速器件放在連接器處，盡量縮短走線，然后再稍遠處安放中速器件，*遠處放低速器件；否則高速信號將穿過整個印制板才能到達連接器，可能對沿途的中低速電路產生干擾。發熱元件（如ROM,RAM,功率輸出器件和電源等）應遠離關鍵集成電路，*好放在邊緣或偏上方部分，以利于散熱。電感布局時，不要并行靠在一起，因為這樣會形成空芯變壓器并相互感應出干擾信號，因而它們之間的距離至少要相當于其中一個器件的高度，或者呈直角排列，以將其互感減到*小。許多電磁干擾都來自電源，集成電路的退耦電容應盡量靠近IC的電源引腳，目退耦電容的引線盡量短，建議使用表面貼裝電容，可以降低引線電感，防止發生自諧振。
6.5 信號地與功率地
信號地就是指流過小電流的地線,功率地指流過大電流的地線。在實際電路中，例如對于PWM芯片產生的時鐘信號的電阻的地線就是信號地，功率MOSFET的源極接的地線就是功率地。實際應用中必須將信號地與功率地分開，這是保證設計時電源正常工作的基本要求。任何走線（電線、甚至是地平面）都有一定的電阻和電感，因而當有大電流流過時，肯定會有電壓降，如果是高頻信號，通過電感時則會有額外的電壓降，這樣接地的元件實際上并沒有接地，而是電位被抬高了。解決的方法就是釆用分開的信號地和功率地，然后單點共地,*好是在電源輸入端的退耦電容處。在實際應用中，任何流過100mA以上電流的地線都可以認為是功率地。
7 結論
產生開關電源電磁干擾的因素還很多，抑制電磁干擾還有大量的工作。**抑制開關電源的各種噪聲會使開關電源得到更廣泛的應用。
