一、開關(guān)電源輻射騷擾的產(chǎn)生根源

　　開關(guān)電源輻射騷擾的本質(zhì)是其內(nèi)部高頻開關(guān)動(dòng)作引發(fā)的電磁能量向外泄漏，主要源于兩個(gè)核心環(huán)節(jié)：電磁騷擾源與傳播途徑。從騷擾源來看，開關(guān)電源中的功率開關(guān)管(如 MOSFET、IGBT)是最主要的輻射源頭。在開關(guān)過程中，功率開關(guān)管會(huì)在納秒級(jí)時(shí)間內(nèi)完成導(dǎo)通與關(guān)斷，導(dǎo)致電壓和電流出現(xiàn)急劇變化(di/dt 和 dv/dt 極大)，這種瞬時(shí)變化會(huì)在開關(guān)管及其周邊電路中產(chǎn)生高頻振蕩，形成強(qiáng)烈的電磁輻射。此外，高頻變壓器也是重要的騷擾源之一，其繞組間的分布電容、漏感以及磁芯的磁滯損耗，會(huì)在工作過程中產(chǎn)生寄生振蕩，進(jìn)一步加劇輻射騷擾。

　　從傳播途徑來看，開關(guān)電源的輻射騷擾可分為 “近場(chǎng)輻射” 與 “遠(yuǎn)場(chǎng)輻射”。近場(chǎng)輻射主要通過電路中的寄生參數(shù)(如分布電容、互感)傳播，例如功率回路與控制回路之間的寄生電容會(huì)將高頻干擾耦合到控制電路，再通過控制電路向外輻射;遠(yuǎn)場(chǎng)輻射則以電磁波的形式通過空間傳播，當(dāng)開關(guān)電源內(nèi)部的高頻電流流經(jīng) PCB 走線、導(dǎo)線等 “天線結(jié)構(gòu)” 時(shí)，會(huì)激發(fā)空間電磁波，這些電磁波可穿透設(shè)備外殼，對(duì)周邊電子設(shè)備造成干擾。此外，輸入輸出線纜也是輻射騷擾的重要傳播載體，線纜上的共模電流會(huì)以線纜為天線向外輻射，成為開關(guān)電源輻射超標(biāo)的常見原因。

　　二、開關(guān)電源輻射騷擾的關(guān)鍵抑制措施

　　針對(duì)開關(guān)電源輻射騷擾的產(chǎn)生機(jī)制，需從 “抑制騷擾源”“切斷傳播途徑” 兩個(gè)維度制定抑制措施，結(jié)合電路設(shè)計(jì)、PCB 布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多環(huán)節(jié)協(xié)同優(yōu)化。

　　(一)優(yōu)化功率拓?fù)渑c控制策略，抑制騷擾源

　　從源頭降低高頻開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的電磁騷擾，是輻射抑制的根本。一方面，可選擇低騷擾的功率拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如在傳統(tǒng) Buck、Boost 拓?fù)浠A(chǔ)上，增加緩沖電路(如 RC 緩沖、鉗位二極管)，減緩開關(guān)管的電壓電流變化率(di/dt、dv/dt)，降低高頻振蕩的強(qiáng)度。例如，在開關(guān)管兩端并聯(lián) RC 緩沖電路，可通過電容吸收開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的電壓尖峰，通過電阻消耗振蕩能量，有效抑制高頻騷擾的產(chǎn)生。另一方面，優(yōu)化控制策略也能減少輻射騷擾，例如采用頻率抖動(dòng)技術(shù)(Frequency Hopping)，使開關(guān)頻率在一定范圍內(nèi)隨機(jī)變化，避免干擾能量集中在單一頻率點(diǎn)，從而降低輻射峰值;采用同步整流技術(shù)，減少次級(jí)側(cè)二極管的反向恢復(fù)電流，降低次級(jí)回路的高頻干擾。

　　(二)合理設(shè)計(jì)濾波電路，切斷傳導(dǎo)輻射途徑

　　濾波電路是切斷騷擾傳播途徑的核心手段，需針對(duì)共模干擾與差模干擾分別設(shè)計(jì)。對(duì)于差模干擾，可在開關(guān)電源的輸入輸出端串聯(lián)差模電感，并聯(lián) X 電容(跨接在火線與零線之間的電容)，利用差模電感對(duì)差模電流的阻礙作用，以及 X 電容對(duì)差模電壓的旁路作用，抑制差模騷擾向外部傳播;對(duì)于共模干擾，需在輸入輸出端串聯(lián)共模電感，并聯(lián) Y 電容(跨接在火線 / 零線與地線之間的電容)，共模電感可對(duì)共模電流產(chǎn)生較大阻抗，Y 電容則將共模電流旁路到大地，從而抑制共模騷擾的輻射。

　　在濾波電路設(shè)計(jì)中，需注意元件參數(shù)的匹配與布局合理性。例如，共模電感的電感量需根據(jù)開關(guān)頻率與干擾頻率選擇，避免因電感量不足導(dǎo)致濾波效果不佳;X 電容與 Y 電容的容值需符合安全標(biāo)準(zhǔn)(如 Y 電容容值通常不超過 4700pF，防止漏電風(fēng)險(xiǎn))，同時(shí)避免容值過大導(dǎo)致電路損耗增加。此外，濾波電路應(yīng)盡量靠近開關(guān)電源的輸入輸出端口，減少干擾在 PCB 走線上的傳播距離，避免濾波后的電路再次被干擾耦合。

　　(三)優(yōu)化 PCB 布局與布線，減少寄生參數(shù)

　　PCB 布局與布線不當(dāng)會(huì)增加電路的寄生參數(shù)，加劇輻射騷擾，因此需遵循 “最小化功率回路面積”“分離敏感回路與功率回路” 的原則。首先，功率回路(包括開關(guān)管、高頻變壓器、整流二極管、濾波電容等)的布線應(yīng)盡量短而粗，減少回路面積，因?yàn)榛芈访娣e越大，越容易產(chǎn)生較強(qiáng)的輻射磁場(chǎng)(根據(jù)電磁感應(yīng)原理，輻射磁場(chǎng)強(qiáng)度與回路面積成正比)。例如，高頻變壓器初級(jí)側(cè)的功率走線應(yīng)采用寬銅箔，且盡量縮短開關(guān)管到變壓器初級(jí)繞組的距離，降低回路電感與寄生電容。其次，敏感回路(如控制電路、反饋電路)應(yīng)與功率回路保持足夠距離，避免兩者之間的寄生耦合，必要時(shí)可采用接地銅箔隔離，減少功率回路的高頻干擾對(duì)敏感回路的影響。此外，PCB 的接地設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，需采用 “單點(diǎn)接地” 或 “分區(qū)接地” 方式，避免地環(huán)路的形成 —— 地環(huán)路會(huì)成為輻射天線，加劇電磁輻射。例如，功率地與信號(hào)地應(yīng)分開布局，最后在一點(diǎn)匯合接地，防止功率回路的地電流干擾信號(hào)地。

　　(四)采用屏蔽結(jié)構(gòu)，阻擋空間輻射

　　對(duì)于輻射騷擾較強(qiáng)的開關(guān)電源，需通過屏蔽結(jié)構(gòu)阻擋電磁能量的空間傳播。屏蔽材料的選擇需根據(jù)干擾頻率確定：對(duì)于低頻干擾(如幾十 kHz 到幾百 kHz)，可采用鐵、硅鋼片等磁性材料，利用其高磁導(dǎo)率吸收低頻磁場(chǎng)能量;對(duì)于高頻干擾(如幾 MHz 到幾百 MHz)，可采用銅、鋁等良導(dǎo)體材料，利用其高電導(dǎo)率反射高頻電磁波。屏蔽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需注意 “完整性”，避免出現(xiàn)縫隙、孔洞等薄弱環(huán)節(jié) —— 電磁波可通過縫隙輻射或侵入，因此屏蔽罩的接縫處需采用導(dǎo)電襯墊(如導(dǎo)電泡棉、鈹銅彈片)密封，孔徑小于干擾波長(zhǎng)的 1/20(例如，對(duì)于 100MHz 的干擾，孔徑應(yīng)小于 1.5mm)。此外，屏蔽罩需可靠接地，將屏蔽層上感應(yīng)的干擾電流導(dǎo)入大地，避免屏蔽罩成為二次輻射源。

　　三、開關(guān)電源輻射騷擾的測(cè)試與標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)

　　抑制開關(guān)電源輻射騷擾的最終目標(biāo)是滿足相關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)，因此需結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求開展測(cè)試與驗(yàn)證。目前，國(guó)際上常用的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)包括 IEC 61000-6-3(民用設(shè)備輻射限值)、EN 55032(信息技術(shù)設(shè)備輻射限值)，國(guó)內(nèi)則對(duì)應(yīng) GB/T 17799.3、GB 9254 等標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同頻率范圍(如 30MHz-1GHz、1GHz-6GHz)的輻射場(chǎng)強(qiáng)限值做出了明確規(guī)定，例如 EN 55032 Class B 標(biāo)準(zhǔn)要求，在 30MHz-1GHz 頻率范圍內(nèi)，設(shè)備在 3m 距離處的輻射場(chǎng)強(qiáng)限值為 40dBμV/m(準(zhǔn)峰值)。

　　開關(guān)電源的輻射騷擾測(cè)試通常在半電波暗室中進(jìn)行，采用天線接收設(shè)備輻射的電磁波，通過頻譜分析儀讀取場(chǎng)強(qiáng)值，并與標(biāo)準(zhǔn)限值對(duì)比。若測(cè)試結(jié)果超標(biāo)，需結(jié)合測(cè)試數(shù)據(jù)定位騷擾源 —— 例如，若某一頻率點(diǎn)的輻射值超標(biāo)，可通過斷開部分電路、更換元件等方式，判斷該頻率的騷擾是否來自開關(guān)管振蕩、高頻變壓器寄生參數(shù)或線纜輻射，進(jìn)而針對(duì)性優(yōu)化抑制措施。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　開關(guān)電源輻射騷擾抑制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需從電路設(shè)計(jì)、PCB 布局、結(jié)構(gòu)屏蔽、濾波優(yōu)化等多環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)力，既要抑制高頻開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的騷擾源，又要切斷騷擾的傳播途徑。隨著電子設(shè)備向高頻化、小型化發(fā)展，開關(guān)電源的輻射騷擾問題將更加復(fù)雜，未來需進(jìn)一步探索新型低騷擾拓?fù)?如 GaN 基開關(guān)電源)、智能濾波技術(shù)(如自適應(yīng)濾波)，結(jié)合仿真工具(如 ANSYS HFSS、CST)提前預(yù)測(cè)輻射風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn) “設(shè)計(jì)即合規(guī)” 的目標(biāo)，推動(dòng)開關(guān)電源在電磁兼容性能上的持續(xù)提升。