正激型開關電源輻射騷擾設計簡析

楊志宏，趙五芹

（1.國家數(shù)字電子產品質量監(jiān)督檢驗中心，深圳 518055；2.深圳市計量質量檢測研究院，深圳 518055）

1 引言

開關電源被廣泛應用于各種電子設備，但是開關電源的EMC設計一直是被研發(fā)人員所關注，主要是因為EMC的設計因素多，如：線路設計的選擇；零器件的選擇；PCB Layout的設計；結構的設計。本文主要對正激開關電源的干擾環(huán)路的來分析，通過電磁干擾的角度出發(fā)，分析其騷擾機理，提出相應的設計方法，幫助企業(yè)在研發(fā)、生產的過程中有所借鑒。

2 輻射騷擾的機理

輻射騷擾主要是指能量以電磁波的形式由源發(fā)射到空間，或能量以電磁波形式在空間傳播的現(xiàn)象。輻射騷擾超標的產品可能引起周圍裝置、設備或系統(tǒng)性能降低，干擾信息技術設備或其他電子產品的正常工作，并對人體造成一定危害。

EMI干擾的方式：差模干擾和共模干擾

差模電流輻射發(fā)射模型：

共模電流輻射發(fā)射模型：

根據(jù)上面的發(fā)射模型，我們發(fā)現(xiàn)輻射騷擾的大小跟距離成反比，跟電流、長度、頻率和環(huán)路面積成正比。

EMI產生的主要原因就是電壓和電流的瞬間的快速變化引起的，即：dv/dt和di/dt。

3 正激電路機理與輻射騷擾源

（1）由于正激變換器起源于BUCK變換器，而BUCK變換器的功率心臟是儲能電感，因此正激變換器的功率心臟是扼流圈，而不是變壓器（如圖1），變壓器只負責變電壓，并沒有其他功能，功率能量的傳輸靠的是續(xù)流電感。而我們知道引起EMI的主要原因是dv/dt和di/dt，所以此時續(xù)流電感中的dv/dt和di/dt是變化最大的，因此續(xù)流電感是正激變換器中的主要輻射騷擾源之一。另外開關管，續(xù)流二極管也是輻射發(fā)射源，PCB Layout的布局是否合理所引起的干擾的環(huán)路面積的大小也會影響輻射騷擾。

圖1 正激變換器的功率心臟是扼流圈

（2）電。如圖2所示，正激電路的電流環(huán)路主要有輸入環(huán)路、功率開關環(huán)路、整流環(huán)路和輸出環(huán)路，每個環(huán)路的環(huán)路面積都會影響輻射騷擾的大小，根據(jù)發(fā)射模型可知，這幾個環(huán)路面積越小，輻射騷擾就越小。

圖2 正激電路的電流環(huán)路

4 輻射騷擾的測試

輻射測試通常在開闊試驗場或半電波暗室進行測量。（如圖3）被測物應放在地平面以上規(guī)定的高度，并模擬正常運行狀態(tài)來布置。天線按規(guī)定的距離放置。在水平內旋轉被測物并記錄最大的讀數(shù)。再調節(jié)天線高度，使直射波接近或達到同相疊加。這些程序步驟可以變換，也可能需要重復，以便找出最大騷擾。

圖3 輻射測試布置圖

5 300W雙管正激電源輻射騷擾實測結果

實際對一款300W的雙管正激的電源輻射騷擾進行測試、分析。

輻射測試數(shù)據(jù)（見圖4）：

圖4 輻射測試數(shù)據(jù)

電源輻射騷擾測試超標分析：

a.根據(jù)正激電路機理和輻射騷擾源的分析得知，正激電路的主要輻射騷擾源之一就是續(xù)流電感，所以就必須針對續(xù)流電感本身的干擾和其所在的電流環(huán)路的面積大小考察。

b.輻射騷擾源另外一個就是功率開關環(huán)路的干擾，這個環(huán)路的主要干擾源就是開關管，開關管作為脈沖信號的實際執(zhí)行者，開關管內的電流和三端的電壓在高速的通斷，所以會形成很大的di/dt和dv/dt，從而產生騷擾。

c輸出整流環(huán)路的整流二極管也是電流輸出環(huán)路的主要工作者，二極管的Ton和Toff的大小會影響輻射騷擾

d.PCB Layout的布局影響輻射騷擾，主要就是輸入環(huán)路、功率開關環(huán)路、整流環(huán)路和輸出環(huán)路，這幾個環(huán)路的面積要盡可能的小，因為根據(jù)電路輻射發(fā)射模型的公式可以看出，環(huán)路面積的大小跟電流輻射發(fā)射成正比。

6 對策措施

根據(jù)輻射騷擾機理，針對正激電路原理和輻射超標的分析，對策如下：

續(xù)流電感需要加屏蔽，實際樣品是給電源增加金屬外殼，減少續(xù)流電感的輻射騷擾（見圖5）

圖5 增加金屬外殼

開關管的D，S極之間加100pf的電容（見圖6），吸收開關管工作瞬間所產生di/dt。

圖6 開關管D，S極之間加100pf的電容

另外變壓器的兩端（冷熱地之間加Y1電容2200pf），一是吸收變壓器的本身產生的雜訊干擾，二是減少初次級之間的回路面積，降低變壓器的干擾。

輸出整流二極管增加RC吸收回路（R為100歐姆，C為1000pf），吸收二極管工作時產生的輻射騷擾。

7 對策后的測試結果如下（見圖7）

圖7 測試結果

8 結束語

電源的EMC 問題要以電源的工作原理為基礎，從干擾機理出發(fā)，根據(jù)EMC的設計方法進行設計。然而正激電路電源的設計需要關注續(xù)流電感、開關管、輸出整流二極管、變壓器等主要輻射源，同時要注意PCB Layout，對電路的幾個主要環(huán)路面積進行合理控制和布局，盡可能的減小其環(huán)路面積，其次對主要零器件的參數(shù)也需要合理選擇。