镍锌铁氧体 开关电源EMI实际整改经验大全
1. EMC分类及标准
EMC（）是电磁兼容，包括EMI（电磁骚扰）和EMS（电磁抗骚扰）。 EMC的定义是：设备或系统在其电磁环境中正常运行而不会对环境中的任何设备或任何事物造成不可接受的电磁干扰的能力。 EMC全称为电磁兼容。 EMP是指电磁脉冲。
EMC = EMI + EMS EMI：电磁干扰 EMS：电磁兼容性（抗扰度）
EMI可分为两部分：传导和辐射。
规格一般可分为：FCC Part 15J Class B； CISPR 22 (、-3-2、-3-3) B 级； 国标IT类（，）和AV类（，）。
FCC测试频率为450K-30MHz，CISPR 22测试频率为150K--30MHz。 可以用频谱分析仪进行测试，但必须在专门的实验室进行测试。
EMI即电磁干扰，EMI是EMC的一部分，EMI（）电磁干扰，EMI包括传导、辐射、电流谐波、电压闪变等。电磁干扰由干扰源、耦合通道和接收器三部分组成，分别是通常称为干扰三要素。 EMI 与电流、电流环路面积和频率的平方成线性比例：EMI = K*I*S*F2。 I为电流，S为环路面积，F为频率，K为与电路板材料等因素有关的常数。
辐射干扰（30MHz-1GHz）根据电磁波的特性和规律，通过空间传播。 但并不是任何设备都能辐射电磁波。
传导干扰（150K--30MHz）是沿着导体传播的干扰。 因此，传导干扰的传播需要干扰源和接收器之间有完整的电路连接。
EMI是指产品对外来的电磁干扰。 一般分为A级和B级两个级别。A级为工业级，B级为民用级。 民用的比工业用的更严格，因为工业用的允许辐射稍大一些。
关于EMI测试中同一产品的辐射测试，在30℃下，B类要求产品的辐射限值不能超过40dBm，而A类则要求辐射限值不能超过50dBm（以三米消声以室测量为例），比较宽松。 一般来说，是指在EMI测试条件下，无需操作人员干预，设备能够按预期继续正常工作，并且不允许出现低于规定性能水平的性能下降或功能损失。
EMI测量设备正常运行时的辐射和传导情况。 测试时，EMI辐射和传导对接收器有两个上限，分别代表A类和B类。 如果观察到的波形超过 B 线但低于 A 线，则该产品为 A 类。
EMS使用测试设备对产品进行干扰，观察产品在干扰下是否能正常工作。 如果工作正常或者没有出现超过标准要求的性能下降，则为A级。可以自动重启，并且重启后不会出现超过标准要求的性能下降，为B级。如果不能自动重启，需要手动重启则归类为C级，失败则归类为D级。国标有D级规定，EN只有A、B、C级。EMI最难处理工作频率的奇数倍。
EMS ( ) 电磁敏感性俗称“电磁抗扰度”。 是设备抵抗外界骚扰和干扰的能力。 EMI是设备的外部骚扰。
EMS 中的级别指的是：
A级，测试完成后设备仍能正常工作；
B级，测试完成后可以正常工作或测试过程中需要重启；
C级，需要手动调整后才能重新启动并正常工作；
D级，设备损坏，无论如何调整都无法启动。
EMI的严格度为B>A，EMS的严格度为A>B>C>D。
2.开关电源输入EMI电路
X电容的作用：
抑制差模噪声，电容越大，抑制低频噪声的效果越好。
Y电容的作用：
抑制共模噪声，电容越大，抑制低频噪声的效果越好。 Y电容提供了从次级到初级地的低阻抗环路，使得流到地并通过LISN返回的电流被直接短路。 由于Y电容并不完全理想，次级各部分之间也存在阻抗，所以电流不可能全部回流。 其中一些仍然流到了地上。 Y电容必须以尽可能短的直线直接连接到初级和次级的冷地。 如果MOS导通时的dv/dt大于MOS关断时的dv/dt，则Y电容接初级地； 否则，它连接到V+。
共模电感的作用：
抑制共模噪声，电感越大，抑制低频噪声的效果越好。 增大共模电流部分的阻抗，以减小共模电流。
差模电感的作用：
抑制差模噪声，电感越大，抑制低频噪声的效果越好。
3、开关电源设计前的通用EMI应对策略
采用交流输入EMI滤波器
干扰电流在导线上传输通常有两种方式：共模和差模。 共模干扰是载液与大地之间的干扰：干扰的大小和方向一致，存在于电源中任何相对的大地之间，或中心线与大地之间。 它主要由du/dt产生，di/dt也产生一定量的共模干扰。 模干扰。 差模干扰是载液之间的干扰：干扰大小相等、方向相反，存在于电源相线与中性线之间、相线与相线之间。 干扰电流在线路上传输时，既可以以共模形式出现，也可以以差模形式出现； 但只有共模干扰电流变成差模干扰电流后，才会对有用信号产生干扰。
交流电源输入线上存在以上两种干扰，通常是低频差模干扰和高频共模干扰。 一般情况下，差模干扰幅值小、频率低，造成的干扰很小； 共模干扰幅值大、频率高，还可以通过导线产生辐射，造成较大的干扰。 如果在交流电源输入端使用合适的EMI滤波器，可以有效抑制电磁干扰。 电源线EMI滤波器的基本原理如图1所示。差模电容C1和C2用于短路差模干扰电流，中间连接接地电容C3和C4用于短路差模干扰电流。共模干扰电流。
共模扼流圈由两个厚度相等并以相同方向缠绕在磁芯上的线圈组成。 如果两个线圈之间的磁耦合非常紧密，那么漏感就会很小，差模电抗在电力线的频率范围内也会变得很小； 当负载电流流过共模扼流圈时，串联在相线上的线圈产生的磁力线与串联在中性线上的线圈产生的磁力线方向相反，并且它们各自抵消其他在磁芯中。
因此，即使在高负载电流下磁芯也不会饱和。 对于共模干扰电流，两个线圈产生的磁场方向相同，会呈现出较大的电感，从而衰减共模干扰信号。 这里的共模扼流圈应采用导磁率高、频率特性较好的铁氧体磁性材料。
图1 电源线滤波器的基本电路图
利用吸收环路改善开关波形
开关管或二极管在开通和关断过程中，由于变压器漏感和线路电感、二极管存储电容和分布电容的存在，很容易在开关管或二极管的集电极和发射极上产生尖峰电压。开关管和二极管。 通常采用RC/RCD吸收电路。 RCD浪涌电压吸收电路如图2所示。
图2 RCD浪涌电压吸收电路
当吸收回路上的电压超过一定幅度时，各器件快速导通，从而释放浪涌能量，将浪涌电压限制在一定幅度内。 开关管的集电极和输出二极管的正极引线串联有可饱和磁芯线圈或微晶磁珠。 材质一般为钴（Co）。 当正常电流通过磁芯时，磁芯饱和，电感很小。 一旦电流即将反向流动，就会产生很大的反电动势，可以有效抑制二极管VD的反向浪涌电流。
利用开关频率调制技术
频率控制技术的基础是开关干扰的能量主要集中在特定频率上，并且具有较大的频谱峰值。 如果能够将这种能量分散到更宽的频带上，就可以达到降低干扰谱峰值的目的。 通常有两种处理方法：随机频率法和调制频率法。
随机频率法在电路的开关间隔中加入随机干扰分量，使开关干扰能量分散在一定范围的频段内。 研究表明，开关干扰频谱由原来的离散尖峰脉冲干扰转变为连续分布干扰，且其峰值明显下降。
调制频率法是在锯齿波中加入调制波（白噪声），在引起干扰的离散频带周围形成边带，将干扰离散频带调制成分布频带。 这样，干扰能量就被分散到这些分布的频段中。 这种控制方法可以很好地抑制开通和关断期间的干扰，而不影响变换器的工作特性。
采用软开关技术
开关电源的干扰之一是功率开关管开通/关断时的du/dt。 因此，降低功率开关管导通/截止的du/dt是抑制开关电源干扰的重要措施。 软开关技术可以降低开关管开/关的du/dt。
如果在开关电路中加入电感、电容等小型谐振元件，就会形成辅助网络。 在开关过程之前和之后引入谐振过程，使得在开关导通之前电压降至零。 这样可以消除导通过程中电压和电流重叠的现象，减少甚至消除开关损耗和干扰。 这种电路称为软开关电路。 。
根据上述原理，可以采用两种方法，即在开关关断前使电流为零，这样开关关断时就不会产生损耗和干扰。 这种关断方式称为零电流关断； 或者当开关关闭时，如果开关导通前电压为零，则开关导通时不会有损耗或干扰。 这种开启方式称为零电压开启。 很多情况下不再指出其接通或断开，而仅称为零电流开关和零电压开关。 基本电路如图3和图4所示。
图3 零电压开关谐振电路
图4 零电流开关谐振电路
通常采用软开关电路控制技术，结合合理的元件布局和印刷电路板布线及接地技术，来改善开关电源的EMI干扰。
采用电磁屏蔽措施
一般来说，电磁屏蔽措施可以有效抑制开关电源的电磁辐射干扰。 开关电源的屏蔽措施主要是针对开关管和高频变压器。 开关管工作时会产生大量热量，需要加装散热器，这样开关管的集电极与散热器之间就会产生很大的分布电容。
因此，在开关管的集电极与散热片之间放置绝缘屏蔽金属层，散热片与机壳地相连，金属层与热端零电位相连，以减少耦合集电极和散热器之间的电容，从而减少散热器的辐射干扰。 对于高频变压器，首先应根据磁导体的屏蔽性能来选择磁导体结构。 例如，如果采用锅形铁芯和El型铁芯，磁导体的屏蔽效果会很好。 变压器外屏蔽时，屏蔽盒不应紧贴变压器外部，并应留有一定的气隙。 如果采用带有气隙的多层屏蔽，所得到的屏蔽效果会更好。
另外，在高频变压器中，常常需要消除初级线圈和次级线圈之间的分布电容。 可以沿线圈的整个长度在线圈之间放置一个由铜箔制成的开路带环，以减少它们之间的危害。 这个开路带环一起连接到变压器的铁芯和电源的地线，起到静电屏蔽的作用。 如果条件允许的话，给整个开关电源加上屏蔽层，这样会更好的抑制辐射干扰。
4.开关电源设计后EMI的实际整流策略-传导部分
1MHZ以内，差模干扰占主导地位
1、-1MHz，以差模为主，1-5MHz，差模和共模一起工作，5MHz以后基本都是共模。 差模干扰分为电容耦合和感性耦合。 一般1MHZ以上的干扰为共模干扰，低频段为差模干扰。 使用一个电阻与一个电容串联，然后将其连接到Y电容的引脚。 用示波器测量电阻两个引脚的电压来估计共模干扰；
2、保险后加差模电感或电阻；
3、小功率电源可采用PI型滤波器处理（建议靠近变压器使用较大的电解电容）。
4、前端π型EMI部分的差模电感只负责低频EMI。 不要选择体积太大的（DR8太大，最好用电阻型或者DR6），否则辐射很难通过。 有需要的话可以串磁珠，因为高频会直接飞到前端，不会顺线。
5、传导制冷机使用时在0.15-1MHZ超标，加热机有7DB余量。 主要原因是初级BULK电容DF值太大。 发动机冷时ESR相对较大，发动机热时ESR相对较小。 开关电流在ESR上形成开关电压，该电压将压在LN线之间流动的电流。 这就是差分模式。 干涉。 解决方案是使用低ESR的电解电容或在两个电解电容之间添加差模电感。
6、总测试超标的解决办法：增大X电容，看看是否可以减小。 如果减少，则说明是差模干扰。 如果没有太大影响，那就是共模干扰，或者可以将电源线绕在大磁环上几圈。 如果下降，则说明是共模干扰。 如果后面干扰曲线很好，减小Y电容并检查布局是否有问题，或者在前面加磁环。
7、可以增大PFC输入部分单绕电感的电感量。
8、PWM电路中的元件将主频率调整到60KHZ左右。
9. 用一块铜片紧紧地粘在变压器铁芯上。
10、共模电感两侧电感不对称，一侧少一匝也可能导致导通超过-3MHZ。
11、一般传导的产生主要有两个点：200K左右和20M左右。 这些点也反映了电路的性能； 200K左右主要是漏感造成的尖峰； 20M左右主要是电路开关的噪声。 如果变压器处理不当，会增加大量的辐射。 即使屏蔽也是无用的，因为辐射无法穿过。
12. 将输入BUCK电容改为低内阻电容。
13、对于不带Y-CAP的电源，绕制变压器时，先绕初级绕组，再绕辅助绕组，并将辅助绕组靠近一侧，再绕次级绕组。
14、在共模电感上并联一个几K到几十K的电阻。
15、用铜箔屏蔽共模电感，并将其连接到大电容的地。
16、设计PCB时，共模电感和变压器应分开，避免相互干扰。
17.避孕套磁珠。
18. 将两根进线接地的三线输入的 Y 电容容量从 2.2nF 减少到 471。
19、两级滤波的，可以去掉后级的0.22uFX电容（有时前后X电容会引起振荡）。
20. 对于π型滤波电路，PCB上靠近变压器的地方有一个BUCK电容。 该电容器干扰传导-2MHZ 的L 通道。 改进的方法是用铜包裹电容器以屏蔽它并将其接地，或者使用一个小PCB将此电容器与变压器和PCB分开。 或者把这个电容立起来，或者换一个小电容。
21. 对于π型滤波电路，PCB上靠近变压器的地方有一个BUCK电容。 该电容器干扰传导-2MHZ 的L 通道。 改进的方法是这个电容采用1uF/400V或者0.1uF/400V的电容。 相反，增加另一个电容器。
22、共模电感前加一个几百uH的小差模电感。
23、用一块铜箔包裹开关管和散热器，将铜箔两端短接在一起，然后用铜线连接到地。
24. 用一块铜片包裹共模电感并将其接地。
25、用金属盖住开关管并将其接地。
26、增加X2电容只能解决150K左右的频段，不能解决20M以上的频段。 只需要在电源输入端加一级镍锌铁氧体黑磁环即可，电感50uH-1mH左右。
27、增加输入端X电容。
28、增大输入端共模电感。
29. 将辅助绕组电源二极管反向接地。
30、将辅助绕组电源滤波电容改为细长电解电容或加大容量。
31、增加输入滤波电容。
32、-及20MHZ-30MHZ时导通不足。 可以在共模电路之前添加差模电路。 还可以检查一下接地是否有问题。 接地处必须紧固、连接牢固。 主板上的接地线必须理顺。 不同接地线必须走线顺畅，不得交叉。
33、考虑共模成分时，整流桥上的电容应对角连接。 当考虑差模元件时，电容器应对角连接。
34、增大输入端差模电感。
1MHZ---5MHZ差模共模混合
输入端并联一系列X电容，滤除差模干扰，并分析什么样的干扰超标并解决。
1、如果差模干扰超标，可以调整X电容，加差模电感，调整差模电感。
2、如果共模干扰超标，可以加共模电感，并选择合理的电感量来抑制；
3. 还可以更改整流二极管特性，以处理一对快速二极管（如 FR107）和一对普通整流二极管。
4、对于带有Y电容的电源，1M之前干扰主要是差模，2-5M是差模和共模干扰。 对于NO-Y来说，情况有所不同。 1M之前的普通模式也很强大。 前面加很多X电容来滤除差模。 改变变压器不会对差模产生影响。 如果还有变化，就是普通模式。 差分共模分离法：在交流输入端加很多X电容，从小到大，这样可以滤掉差模，剩下的共模就是共模。 然后将其与总噪声进行比较，即可看出差模大小。
5、绕制变压器时，将所有同名端子放在一边，以减少1.0MHZ-5.0MHZ传导干扰。
6. 对于低功耗，请使用两个差模电感器。 减少差模电感的匝数可以减少传导的1.2MHZ干扰。
7、增大Y电容可以减少导通中段1MHZ-5MHZ干扰。
8、对于不带Y电容的开关电源，EMI在1MHZ-6MHZ超标。 如果添加 Y 电容后 EM 降低，您可以在变压器的初级和次级之间添加更多层胶带。
9、将MOS管散热片连接到MOS管的S极。
10、在输入滤波电容上并联一个小容量的高压瓷片电容或高压贴片电容。
5M---20MHZ以共模干扰为主，采用抑制共模的方法
1、对于接地的外壳，使用磁环在地线上串联缠绕2-3圈，对10MHZ以上的干扰有较大的衰减效果；
2、可以选择将铜箔紧贴变压器铁芯粘贴，且铜箔要闭环。
3、处理好后端输出整流器吸收电路和初级大电路并联电容的大小。
4、在变压器的初级绕组上使用一根很细的三层绝缘线，并绕上屏蔽绕组。 屏蔽绕组的一端与电源端连接，另一端通过电容接地。
5、可改变共模电感，使一侧比另一侧多一匝，并具有差模功能。
6、开关管D极加小散热片，必须接高压端负极。 变压器的初级起始端连接MOS管的D极。
7. 使用 102 Y 电容将次级散热器连接至初级 L/N 线，以减少传导干扰。
8、如果通过增加Y电容来减少传导干扰，可以改变变压器的绕制方式来改善。 您可以在主磁带和辅助磁带之间添加更多层磁带。 如果增加Y电容仍不能改善传导干扰，则需要更换电路。 它可以改进。 改变电压绕线方法。
9、适当增大变压器的电感，可以减少RCC开关电源半载时的传导干扰。
10、用变压器的次级辅助绕组屏蔽初级主绕组比用变压器的初级辅助绕组屏蔽初级主绕组要好得多。 整体传导性要好很多。
11、整体导通超标。 用示波器观察开关管G、D极波形是否重合。 光电耦合器电源电阻穿过输出滤波器的共模电感下方并连接到输出正极。 更改连接使其不通过大电流后，一切正常。
12. 将 681/250V Y 电容连接到输入 L 线和 N 线上，Y 电容的另一端连接到次级地。
13、用次级辅助绕组屏蔽初级主绕组，可减少传导的3-15MHZ干扰。 用次级辅助绕组屏蔽初级主绕组比用初级辅助绕组屏蔽初级主绕组导通要好得多。
14、在PCB板底层铺一层铜，连接初级大电容负极。
15. 用一块铜片包裹整个电源，并将铜片连接到初级大电容的负极。
16.减小Y电容容量。
对于20--30MHZ：
1、对于某一型号的产品，可以调整Y2对地电容或者改变电容Y2的位置；
2、调整原副边Y1电容位置和参数值；
3、在变压器外面用铜箔覆盖，在变压器最内层加屏蔽层，调整变压器各绕组的排列。
4、更换PCB；
5、在输出线前面接一个小型双线共模电感；
6、在输出整流器两端并联RC滤波器，并适当调整参数；
7、变压器与之间加磁珠；
8. 在变压器的输入电压引脚上添加一个小电容。
9、可以增大MOS驱动电阻。
10、可能是电子负载造成的，可用阻性负载代替。
11、可以用101电容将MOS管D端接地。
12. 输出整流二极管可以更换为蓄电池电容较小的二极管。
13、输出整流二极管的RC环路可以去掉。
14、在输入端对地增加两个Y电容，减少传导的25MHZ-30MHZ干扰。
15. 在靠近变压器磁芯的地方添加一块铜片，并将铜片接地。
16、如果导通后段25MHZ超标，可在输出端加共模电感，或者在开关管源极检测电阻上放置导磁率合适的长磁珠。
5、开关电源设计后EMI的实际整改策略——辐射部分
30---50MHZ一般是MOS管高速开闭造成的。
1、可以加大MOS驱动电阻；
2、RCD缓冲电路采用慢管；
3、VCC供电电压通过慢管解决；
4、或者在输出线前端串联一个小型两线并绕共模电感；
5、在DS引脚并联一个小型吸收电路；
6.在变压器和之间添加BEAD CORE；
7、在变压器的输入电压引脚加一个小电容；
8、PCB核心内由大电解电容、变压器、MOS组成的电路回路尽量小；
9、变压器、输出二极管、输出平滑电解电容组成的电路回路应尽可能小。
50---一般是输出整流管反向恢复电流造成的。
1、整流管上可串磁珠；
2、调整输出整流器吸收电路参数；
3、可以改变原副边Y电容支路的阻抗，如在PIN脚处增加BEAD CORE或者串接合适的电阻；
4、也可以改变输出整流二极管本体向空间的辐射（如铁夹；铁夹DIODE，改变散热器的接地点）。
5.添加屏蔽铜箔以抑制向太空的辐射。
上述开关电源的辐射量基本上很小，一般都能通过EMI标准。
开关电源EMI对策汇总
1.屏蔽外部结构的处理；
2.处理产品外电缆；
3.在产品内处理电缆；
4. PCB接线处理；
5.选择开关电源的振荡频率；
6.选择IC模型；
7.选择磁性材料的频率和带宽；
8.变压器选择，绕组方法和设计；
9.处理散热器的接地方法。
来源|电源研发精英圈
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