開關電源電磁干擾(EMI)的抑制方法主要包括濾波技術、屏蔽技術、接地技術以及電路設計優(yōu)化等方面。以下是對這些方法的詳細闡述：

　　一、濾波技術

　　1. 輸入濾波電路：在開關電源的輸入端設計良好的濾波電路，主要用于抑制來自電網(wǎng)的電磁干擾進入電源，同時也阻止電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾反流回電網(wǎng)。通常采用由電感和電容組成的π型濾波器。電容的選擇要考慮其耐壓值、容量和等效串聯(lián)電阻(ESR)等因素，例如，選擇容量為0.1\~0.47μF的陶瓷電容，其高頻特性好，能有效濾除高頻干擾。

　　2. 輸出濾波電路：用于平滑輸出電壓，減少輸出紋波和電磁干擾。對于輸出電壓較低、電流較大的情況，可以采用LC濾波器，其中電感值根據(jù)輸出電流和所需的濾波效果來確定。

　　3. 增加EMI濾波器：在輸入或輸出線上增加EMI濾波器，如共模磁環(huán)或π型濾波器，進一步濾除高頻噪聲。

　　二、屏蔽技術

　　1. 整體屏蔽：使用金屬外殼對開關電源進行封裝，金屬外殼可以起到良好的電磁屏蔽作用。外殼材料一般選擇導電性好的金屬，如鋁或鋼。在外殼的設計上，要保證其密封性，避免出現(xiàn)縫隙而導致電磁泄漏。

　　2. 關鍵元件屏蔽：對于開關電源中的主要干擾源，如開關管和變壓器，單獨使用屏蔽罩進行屏蔽。屏蔽罩可以采用銅或鍍錫鐵等材料制作，將其緊密地包裹在元件周圍，并良好接地。

　　三、接地技術

　　1. 單點接地：在高頻電路中，采用單點接地可以避免地線環(huán)路產(chǎn)生的電磁干擾。功率地(PGND)和控制地(AGND)應分開，最后單點連接。

　　2. 屏蔽層接地：屏蔽罩的接地方式也很重要，應該根據(jù)干擾頻率來選擇單點接地或者多點接地的方式。

　　四、電路設計優(yōu)化

　　1. 選擇合適的開關頻率：開關頻率是影響電磁干擾的關鍵因素。較高的開關頻率可以減小磁性元件(如電感和變壓器)的體積，但同時也會增加電磁干擾。因此，需要在兩者之間進行權衡。例如，對于一些對體積要求不高的應用，可以適當降低開關頻率，以減少高頻電磁干擾的產(chǎn)生。

　　2. 優(yōu)化電路布局：合理安排電路元件的位置，將產(chǎn)生干擾的元件(如開關管、變壓器)與敏感元件(如控制芯片、反饋電路)分開布局。采用分區(qū)布局的方法，將電源電路分為輸入?yún)^(qū)、功率變換區(qū)、輸出區(qū)和控制區(qū)等不同區(qū)域。每個區(qū)域之間保持一定的安全距離，并且通過合理的布線連接，避免不同區(qū)域之間的電磁干擾相互影響。同時，在布局時要考慮元件之間的連線盡量短，特別是高頻信號的連線，以減少電磁輻射。

　　3. 采用軟開關技術：軟開關技術可以減少開關過程中的能量損耗和電磁干擾。通過在開關電路的基礎上增加一個很小的電感、電容等諧振元件構(gòu)成輔助網(wǎng)絡，在開關過程前后引入諧振過程，使開關開通前電壓先降為零(零電壓開通)或開關關斷前使其電流為零(零電流關斷)，從而降低或消除開關損耗和干擾。

　　4. 優(yōu)化開關管驅(qū)動：降低開關速度，在MOSFET/IGBT的G極串聯(lián)電阻，減小dv/dt。使用軟開關技術減少開關損耗和噪聲。增加緩沖電路，如RCD吸收電路，用于反激電源中，或在開關管兩端并聯(lián)RC緩沖電路(用于Buck/Boost電路)。

　　開關電源，作為高效節(jié)能的代表，在穩(wěn)壓電源領域占據(jù)主流地位。其內(nèi)部元器件高頻開關的特性，使得電源效率高達70%至90%，遠超普通線性穩(wěn)壓電源。此外，開關電源無需工頻變壓器，通過高頻變壓器實現(xiàn)電壓變換和電網(wǎng)隔離，不僅節(jié)省了空間，還簡化了散熱和濾波元件。

　　然而，開關電源的應用也面臨電磁干擾的問題。電磁干擾(EMI)可能中斷、阻礙、降低或限制通信電子設備的性能，包括傳導干擾和輻射干擾。要解決這一問題，需要從電磁兼容性(EMC)的角度出發(fā)，確保電子、電氣設備或系統(tǒng)在預期的電磁環(huán)境中能夠正常工作。

　　1 開關電源電磁干擾的產(chǎn)生機理

　　開關電源在運行過程中，會產(chǎn)生多種類型的電磁干擾。這些干擾主要分為兩大類：一類是尖峰干擾，另一類是諧波干擾。同時，這些干擾也可以通過不同的耦合通路進行傳播，包括傳導干擾和輻射干擾。接下來，我們將從噪聲干擾源的角度，對這兩類干擾的產(chǎn)生機理進行詳細闡述。

　　1.1 二極管反向恢復時間引發(fā)的干擾

　　在高頻整流回路中，當整流二極管由正向?qū)ㄞD(zhuǎn)向截止時，會經(jīng)歷一個反向恢復過程。由于PN結(jié)中積累了大量載流子，在載流子消失之前，會出現(xiàn)一段反向電流流動的時間。這段時間內(nèi)，反向恢復電流急劇減少，導致產(chǎn)生劇烈的電流變化(di/dt)。這種電流變化會形成一種干擾，對電路的穩(wěn)定性和電磁兼容性產(chǎn)生影響。

　　1.2 開關管工作時產(chǎn)生的諧波干擾

　　在功率開關管的工作過程中，由于導通時流過較大的脈沖電流，會產(chǎn)生相應的諧波干擾。特別是在正激型、推挽型和橋式變換器中，當阻性負載時，其輸入電流波形近似為矩形波，其中包含眾多高次諧波分量。盡管在采用零電流、零電壓開關的技術下，這種諧波干擾會有所減小，但仍然存在。此外，開關管截止期間，由高頻變壓器繞組漏感引發(fā)的電流突變，同樣會產(chǎn)生尖峰干擾，對電路的穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。

　　1.3 交流輸入回路中的干擾問題

　　在開關電源中，若缺乏工頻變壓器，其輸入端的整流管在反向恢復時，會產(chǎn)生高頻衰減振蕩，從而引發(fā)干擾。此外，開關電源所生成的尖峰干擾和諧波干擾能量，會通過其輸入輸出線路進行傳播，進而形成所謂的傳導干擾。同時，這些諧波和寄生振蕩的能量在傳播過程中，還會在空間中產(chǎn)生電場和磁場，進而以電磁輻射的方式產(chǎn)生干擾，這被稱為輻射干擾。

　　1.4 其他干擾因素

　　元器件的寄生參數(shù)、開關電源原理圖設計的不完美，以及印刷線路板(PCB)走線的隨意性，都是導致電磁干擾(EMI)的因素。PCB的近場干擾問題突出，同時，印刷板上器件的安裝、放置及方位的不合理，也會引發(fā)EMI干擾。

　　隨著開關電源在市場上的廣泛應用，其高功率密度和高效率的優(yōu)勢日益凸顯。然而，隨著功率半導體器件如MOSFET和JGBT的發(fā)展，以及開關技術的進步，開關電源的開關頻率和功率密度不斷攀升，內(nèi)部的電磁環(huán)境也愈發(fā)復雜。這不僅威脅到周圍電子設備的正常工作，也對電源本身提出了嚴峻挑戰(zhàn)。因此，降低開關電源的EMI成為設計中的關鍵課題。

　　在電力電子系統(tǒng)中，功率變換部分和變壓器部分是主要的干擾源，其噪聲頻譜雖寬但主要集中在低頻段。由于功率變換部分和控制模塊通常安裝在同一PCB上，而前者往往是干擾源，后者作為弱電部分則容易受到干擾。手工布線的PCB走線增加了近場干擾估計的難度，可能導致控制模塊無法正常工作。此外，開關頻率的提升雖然帶來了體積和重量的減小，但也使得輻射干擾問題愈發(fā)嚴重。開關電源的干擾源阻抗與網(wǎng)絡的不匹配，以及無功功率的影響，都進一步增加了EMI濾波器設計的復雜性。同時，濾波器中的L、C組件還必須承受較大的無功功率，這不僅降低了整體效率，還增大了電源體積。另外，高頻段難以達到設計要求也是開關電源EMI濾波器面臨的重要問題。

　　1.5 開關電源EMI的特點

　　開關電源，作為一種能量轉(zhuǎn)換裝置，在開關狀態(tài)下工作，其電壓和電流變化率極高，因此產(chǎn)生的電磁干擾強度也相對較大。干擾源主要集中在功率開關器件及其相連的散熱器、高平變壓器等部位，與數(shù)字電路的干擾源相比，其位置更為明確。開關電源的頻率范圍通常從幾十千赫茲到數(shù)兆赫茲，其主要的干擾方式包括傳導干擾和近場干擾。

　　2 電磁干擾形成的三個因素

　　2.1 電磁干擾源

　　電磁干擾源是產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的根源，它可以是一類組件、器件、設備、分系統(tǒng)、系統(tǒng)，甚至是自然現(xiàn)象。這些干擾源可分為兩大類：自然干擾源和人為干擾源。前者包括雷電放電、沙漠地區(qū)的沙暴和塵暴等自然現(xiàn)象所產(chǎn)生的局部電磁干擾;后者則主要指電力線、旋轉(zhuǎn)機械、點火系統(tǒng)等人為因素所引發(fā)的干擾。此外，電阻等電子元器件在工作過程中產(chǎn)生的熱噪聲也被視為一種電磁干擾源。

　　2.2 敏感設備

　　敏感設備，即那些可能對電磁干擾作出反應的設備。這些設備通常具有特定的接收和響應機制，一旦受到電磁干擾，便可能影響其正常工作。敏感設備的種類繁多，涵蓋了從家用電器到通信設備、醫(yī)療儀器等多個領域。

　　2.3 耦合路徑或稱為耦合通道

　　耦合路徑是能量從干擾源傳遞到敏感設備并引發(fā)其響應的媒介。根據(jù)耦合路徑的不同，干擾可分為傳導干擾和輻射干擾。傳導干擾主要通過導線傳播，而輻射干擾則通過“場”進行傳播。因此，在分析這兩種干擾時，會分別運用“電路”理論和電磁場理論。

　　要消除電磁干擾，通常可以采取以下三種策略之一：消除干擾源、阻斷干擾路徑或降低敏感設備的敏感度。圖1展示了形成電磁干擾的三個關鍵因素。

　　電磁干擾的形成涉及三個核心要素。首先，必須有干擾源，它產(chǎn)生不需要的電磁能量。其次，這些電磁能量必須通過某種路徑，即耦合路徑，從干擾源傳遞到敏感設備。最后，敏感設備必須具備響應這些電磁能量的能力，從而產(chǎn)生電磁干擾。通過理解這三個因素，我們可以更有效地分析和解決電磁干擾問題。

　　3 EMC相關標準概覽

　　我國在EMC標準和規(guī)范方面起步相對較晚。直至1966年，我們才頒布了首個無線電干擾標準JB854-66，即“船用電氣設備無線電干擾端子電壓測量方法與允許值”。然而，近年來我國在借鑒國際標準的基礎上，已建立起一系列的EMC標準和規(guī)范，如GB12190-90“高性能屏蔽室屏蔽效能測量方法”和GJB1001—90“超短波輻射測量方法”等。

　　多數(shù)國家的安全和EMC標準是合并的。例如，CE認證(歐洲共同體認證)便是一個典型案例。同樣，CCC認證(中國強制認證)也具有重要意義。通常，在特定地區(qū)銷售的產(chǎn)品必須具備這些認證標志，以證明其同時符合安全和EMC標準。這些安全認證日益成為市場衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標。對于電源工程師而言，他們通常只需關注歐洲EMI標準中的EN550022C，該標準專門針對IT設備。值得注意的是，該標準(最初被稱為CISPR22，至今仍沿用此名)是我們必須高度重視的標準之一。

　　4 電磁兼容性的實施方法

　　隨著電子技術的不斷進步，電磁兼容性的實施逐漸形成了三種主要方法。

　　4.1 問題解決法

　　此方法首先進行設備的研制，隨后在聯(lián)試過程中針對出現(xiàn)的電磁干擾(EMI)問題，逐一運用相關技術進行解決。然而，這種方法相對滯后，因為系統(tǒng)裝配完成后才發(fā)現(xiàn)問題，解決起來往往需要大量拆卸和修改，甚至可能涉及重新設計。這不僅造成資源浪費，還可能延誤系統(tǒng)的開發(fā)進度。

　　4.2 規(guī)范法

　　規(guī)范法則是依據(jù)頒布的電磁兼容性標準和規(guī)范來進行設備和系統(tǒng)的設計制造。此方法在一定程度上能預防EMI問題的出現(xiàn)，相較于問題解決法更為合理。但需注意，標準和規(guī)范往往并非針對特定設備系統(tǒng)制定，因此可能存在預防過度的情況。此外，規(guī)范雖基于實踐經(jīng)驗，但缺乏對EMI的深入分析和預測，可能導致不必要的成本增加。

　　4.3 系統(tǒng)法

　　系統(tǒng)法采用計算機技術，通過預測程序?qū)μ囟ㄏ到y(tǒng)的設計方案進行電磁兼容性預測和分析。此方法從設計初期就開始預測和分析設備的電磁兼容性，并在整個設計、制造、組裝和實驗過程中持續(xù)進行。若預測結(jié)果顯示存在不兼容問題，則可及時修改設計并重新預測，直至達到完全兼容的狀態(tài)再進行硬件生產(chǎn)。

　　5 當前電磁干擾的抑制措施

　　電磁干擾的形成涉及三個關鍵要素：干擾源、傳播途徑和受擾設備。針對這些要素，我們提出了相應的抑制策略。首要任務是抑制干擾源，從根本上消除干擾;其次，要阻斷干擾源與受擾設備之間的耦合和輻射，即切斷電磁干擾的傳播路徑;最后，提升受擾設備的抗擾性，降低其對噪聲的敏感度。

　　目前，常用的電磁干擾抑制措施主要包括屏蔽、接地和濾波。屏蔽技術能夠有效減少開關電源的電磁輻射干擾。例如，通過合理布置絕緣片和屏蔽片，可以割斷射頻干擾向輸入電網(wǎng)的傳播路徑。此外，接地也是抑制電磁干擾的重要手段。將電源部分與大地相連，不僅可以抑制變化電場的干擾，還能為信號回路提供穩(wěn)定的參考電位。因此，在系統(tǒng)中，安全保護地線、屏蔽接地線和公共參考地線等都需要妥善接地，以確保電磁干擾得到有效抑制。

　　在電路系統(tǒng)設計中，我們應遵循“一點接地”的原則，以避免形成多點接地所導致的閉合接地環(huán)路，從而減少磁感應噪聲的產(chǎn)生。然而，在實際操作中，“一點接地”往往難以實現(xiàn)。因此，為了降低接地阻抗并消除分布電容的影響，我們可以采用平面式或多點接地方法。具體來說，就是利用一個導電平面(如底板或多層印制板電路的導電平面層)作為參考地，將需要接地的各部分就近接到該參考地上。此外，通過旁路電容的使用，可以進一步減小接地回路的壓降，從而降低返回電流的幅值。

　　在低頻和高頻共存的電路系統(tǒng)中，我們需要將低頻電路、高頻電路和功率電路的地線分別單獨連接后，再統(tǒng)一接到公共參考點上。這樣可以更好地分離不同頻率的信號，減少相互干擾。

　　同時，濾波也是抑制傳導干擾的重要手段。例如，在電源輸入端加入濾波器，可以有效抑制開關電源產(chǎn)生的干擾反饋到電網(wǎng)中，并防止電網(wǎng)噪聲對電源本身的干擾。濾波電路中還包含許多專用的濾波元件，如穿心電容器、三端電容器和鐵氧體磁環(huán)等，它們能夠進一步改善電路的濾波特性。因此，合理設計和選擇濾波器，并確保其正確安裝和使用，對于提高系統(tǒng)的抗干擾能力至關重要。

　　另外，EMI濾波技術也是一種有效的抑制尖脈沖干擾的措施。它能夠濾除多種原因產(chǎn)生的傳導干擾，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。關于EMI濾波技術的具體實現(xiàn)細節(jié)，可以參考相關文獻進行深入了解。

　　開關電源中的電壓電流波形，如開關管的驅(qū)動波形和MOSFET漏源波形，大多呈現(xiàn)為接近矩形的周期波。這些矩形波的基波頻率與周期相關，而由脈沖邊緣引起的頻率分量則與上升或下降時間有關。這些高頻信號不僅干擾了開關電源的基本信號，還對控制電路的信號造成了嚴重影響。

　　從噪聲源的角度來看，開關電源的電磁噪聲可分為兩大類：一類是外部噪聲，如電網(wǎng)傳輸?shù)墓材：筒钅Ｔ肼暎约巴獠侩姶泡椛鋵﹂_關電源控制電路的干擾;另一類則是開關電源自身產(chǎn)生的電磁噪聲，如開關管和整流管電流尖峰所引發(fā)的諧波及電磁輻射干擾。

　　在設計和優(yōu)化開關電源時，必須充分考慮這些電磁干擾問題。一方面，要確保開關電源不會對電網(wǎng)和其他電子設備造成干擾;另一方面，也要加強其自身對電磁環(huán)境的適應能力。通過深入理解和分析開關電源噪聲的產(chǎn)生原因和途徑，我們可以為設計出更符合電磁兼容要求的開關電源提供有力的理論支持和實踐指導。

　　圖1展示了開關電源中常見的噪聲類型。其中，電源線引入的電磁噪聲是一個重要問題。這類噪聲主要由電網(wǎng)中其他用電設備產(chǎn)生的電磁騷擾，通過電源線傳播而來。它主要分為兩大類：共模干擾和差模干擾。

　　共模干擾，簡而言之，就是任何載流導體與參考地之間出現(xiàn)的非期望電位差。而差模干擾，則是指任何兩個載流導體間的不期望電位差。這兩種干擾的等效電路如圖2所示，其中CP1代表變壓器初、次級間的分布電容，而CP2則是開關電源與散熱器間的分布電容，即開關管集電極與地之間的分布電容。接下來，我們將深入探討共模干擾的具體情況。

　　(b)差模干擾

　　接下來，我們將轉(zhuǎn)向探討差模干擾。

　　在圖2(a)中，當開關管V1從導通狀態(tài)轉(zhuǎn)為截止狀態(tài)時，其集電極電壓會突然升高至高電壓。這個電壓變化會導致共模電流Icm2向CP2充電，同時共模電流Icm1向CP1充電。這種分布電容的充電過程與開關電源的工作頻率密切相關，從而形成了線路中的共模電流總和(Icm1+Icm2)。

　　另一方面，在圖2(b)中展示的是V1導通時的情況。此時，差模電流Idm和信號電流IL會沿著由導線、變壓器初級以及開關管構(gòu)成的回路流動。值得注意的是，共模干擾電流并不經(jīng)過地線，而是通過輸入電源線進行傳輸。而差模干擾電流則通過地線和輸入電源線構(gòu)成的回路進行傳輸。因此，在設計和實施電源線濾波器時，必須充分考慮這兩種干擾模式的差異，以確保能夠有效地使用差?；蚬材V波元件來抑制干擾，從而實現(xiàn)最佳的濾波效果。

　　1.2 輸入電流畸變引發(fā)的噪聲問題

　　開關電源的輸入端通常采用橋式整流和電容濾波的方式。在沒有PFC(功率因數(shù)校正)功能的輸入級中，整流二極管的非線性和濾波電容的儲能特性會導致二極管的導通角縮小。這使得輸入電流i呈現(xiàn)出時間短暫且峰值極高的周期性尖峰特征。這種畸變的電流不僅包含基波分量，還蘊含豐富的高次諧波分量。這些高次諧波一旦注入電網(wǎng)，就會引發(fā)嚴重的諧波污染問題，對電網(wǎng)中其他電器設備造成干擾。為了有效控制開關電源對電網(wǎng)的污染并實現(xiàn)高功率因數(shù)運行，PFC電路的應用變得至關重要。

　　1.3、開關管及變壓器產(chǎn)生的干擾

　　主開關管作為開關電源的心臟，同時也是一個不可忽視的干擾源。其工作頻率與電磁干擾的強度緊密相關。隨著開關管頻率的升高，電壓和電流的切換速度加快，導致傳導干擾和輻射干擾同步增強。此外，鉗位二極管的反向恢復特性不佳，或電壓尖峰吸收電路參數(shù)選擇不當，都會進一步加劇電磁干擾的問題。

　　在開關電源的工作過程中，初級濾波大電容、高頻變壓器初級線圈與開關管共同構(gòu)成了一個高頻電流環(huán)路。這個環(huán)路會產(chǎn)生顯著的輻射噪聲。特別是，開關管在通斷時，由于高頻變壓器的初級兩端會出現(xiàn)尖峰噪聲，這不僅可能造成干擾，嚴重時甚至可能擊穿開關管。此外，變壓器繞組間的分布電容和漏感也是不可忽視的電磁干擾源。

　　1.4、輸出整流二極管產(chǎn)生的干擾

　　實際中的二極管在承受反向電壓時，由于PN結(jié)內(nèi)電荷的積累與釋放，會產(chǎn)生一個反向恢復電流。這個電流在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的作用下，會形成強烈的高頻衰減振蕩，從而成為開關電源中的一個主要干擾源。為了抑制這種干擾，可以在二極管兩端并聯(lián)RC緩沖器。

　　1.5、分布及寄生參數(shù)引起的開關電源噪聲

　　在開關電源中，由于分布電容、寄生電感等參數(shù)的存在，會引發(fā)一系列的噪聲問題。這些噪聲不僅會影響開關電源自身的性能，還可能對其他電器設備造成干擾。因此，在設計和優(yōu)化開關電源時，必須充分考慮這些分布及寄生參數(shù)的影響，以確保電源的穩(wěn)定性和可靠性。

　　開關電源中的分布參數(shù)，如開關電源與散熱器間的分布電容、變壓器初次級間的分布電容，以及原副邊的漏感，都是引發(fā)噪聲的關鍵因素。這些分布參數(shù)不僅影響開關電源的性能，還可能對其他電子設備造成干擾。其中，共模干擾主要通過變壓器初、次級間的分布電容以及開關電源與散熱器間的分布電容進行傳輸。變壓器繞組的分布電容與高頻變壓器的繞組結(jié)構(gòu)和制造工藝緊密相關，可以通過優(yōu)化工藝、增強繞組間絕緣或采用法拉第屏蔽等方式來減小。而開關電源與散熱器間的分布電容則與開關管的結(jié)構(gòu)和安裝方式有關，通過使用帶有屏蔽的絕緣襯墊可以降低這種分布電容。

　　在高頻工作狀態(tài)下，開關電源中的元件會呈現(xiàn)出高頻寄生特性，這將對它們的工作狀態(tài)產(chǎn)生顯著影響。例如，導線在高頻時可能變?yōu)榘l(fā)射線，電容則可能變?yōu)殡姼?，電感變?yōu)殡娙?，而電阻則可能形成共振電路。這些變化都可能導致開關電源的不穩(wěn)定。因此，在設計開關電源時，必須充分考慮元件在高頻下的特性，并選擇具有優(yōu)異高頻性能的元件。此外，導線在高頻時的寄生電感感抗會顯著增加，由于電感的不可控性，這可能使導線變成一根發(fā)射線，從而成為開關電源中的輻射干擾源。