轻松了解EMI及其抑制方法.docx

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轻松了解EMI及其抑制方法

轻松了解EMI及其抑制方法

EMI翻译成中文就是电磁干扰。

其实所有的电器设备，都会有电磁干扰。

只不过严重程度各有不同。

电磁干扰会影响各种电器设备的正常工作，会干扰通信数据的正常传递，虽然对人体的伤害尚无定论，但是普遍认为对人体不利。

所以很多国家和地区对电器的电磁干扰程度有严格的规定。

当然电源也不例外的，所以我们有理由好好了解EMI以及其抑制方法。

 下面结合一些专家的文献来描述EMI.

首先EMI有三个基本面

就是

噪音源：

发射干扰的源头。

             如同传染病的传染源

耦合途径：

传播干扰的载体。

          如同传染病传播的载体，食物，水，空气.......

接收器：

被干扰的对象。

                  被传染的人。

缺少一样，电磁干扰就不成立了。

所以，降低电磁干扰的危害，也有三种办法：

1.从源头抑制干扰。

2.切断传播途径

3.增强抵抗力，这个就是所谓的EMC（电磁兼容）

先解释几个名词：

传导干扰：

也就是噪音通过导线传递的方式。

辐射干扰：

也就是噪音通过空间辐射的方式传递。

差模干扰：

由于电路中的自身电势差，电流所产成的干扰，比如火线和零线，正极和负极。

共模干扰：

由于电路和大地之间的电势差，电流所产生的干扰。

通常我们去实验室测试的项目：

传导发射：

测试你的电源通过传导发射出去的干扰是否合格。

辐射发射：

测试你的电源通过辐射发射出去的干扰是否合格。

传导抗扰：

在具有传导干扰的环境中，你的电源能否正常工作。

辐射抗扰：

在具有辐射干扰的环境中，你的电源能否正常工作。

首先来看，噪音的源头：

任何周期性的电压和电流都能通过傅立叶分解的方法，分解为各种频率的正弦波。

所以在测试干扰的时候，需要测试各种频率下的噪音强度。

那么在开关电源中，这些噪音的来源是什么呢？

开关电源中，由于开关器件在周期性的开合，所以，电路中的电流和电压也是周期性的在变化。

那么那些变化的电流和电压，就是噪音的真正源头。

那么有人可能会问，我的开关频率是100KHz的，但是为什么测试出来的噪音，从几百K到

几百M都有呢？

我们把同等有效值，同等频率的各种波形做快速傅立叶分析：

蓝色：

正弦波

绿色：

 三角波

红色：

方波

可以看到，正弦波只有基波分量，但是三角波和方波含有高次谐波，谐波最大的是方波。

也就是说如果电流或者电压波形，是非正弦波的信号，都能分解出高次谐波。

那么如果同样的方波，但是上升下降时间不同，会怎样呢。

同样是100KHz的方波

红色：

上升下降时间都为100ns

绿色：

上升下降时间都为500ns

可以看到红色的高次谐波明显大于绿色。

我们继续分析下面两种波形，

A:

有严重高频震荡的方波，比如MOS，二极管上的电压波形。

B:

用吸收电路，把方波的高频振荡吸收一下。

分别做快速傅立叶分析：

可以看到在振荡频率（大概30M）之后，A波形的谐波，要大于B波形。

再来看，下面的波形，一个是具有导通尖峰的电流波形，一个没有导通尖峰。

对两个波形做傅立叶分析：

可以看到红色波形的高次谐波，要大于绿色波形。

继续对两个波形，作分析

红色:

固定频率的信号

绿色：

具有稍微频率抖动的信号

可以看到，频率抖动，可以降低低频段能量。

进一步，放大低频段的频谱能量：

可以看到，频率抖动就是把频谱能量分散了，而固定频率的频谱能量，集中在基波的谐波频率点，所以峰值比较高，容易超标。

最后稍微总结一下，如果从源头来抑制EMI。

1.对于开关频率的选择，比如传导测试150K-30M,那么在条件容许的情况下，可选择130K之类的开关频率，这样基波频率可以避开测试。

2.采用频率抖动的技术。

频率抖动可以分散能量，对低频段的EMI有好处。

3.适当降低开关速度，降低开关速度，可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。

对高频段的EMI有好处。

4.采用软开关技术，比如PSFB，AHB之类的ZVS可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。

对高频段的EMI有好处。

而LLC等谐振技术，可以让一些波形变成正弦波，进一步降低EMI。

5.对一些振荡尖峰做吸收，这些管子上的振荡，往往频率很高，会发射很大的EMI.

6.采用反向恢复好的二极管，二极管的反向恢复电流，不但会带来高di/dt.还会和漏感等寄生电感共同造成高的dv/dt.

下面来看一下传播途径，这个是poon&Pong两位教授总结的

传播途径，比较的直观全面

我们先来看传导途径：

传导干扰的传递都是通过电线来传递的，测试的时候，使测试通过电线传导出来得干扰大小。

也就是说对电源来说，所有的传导干扰都会通过输入线，传递到测试接收器。

那么这些干扰如何传递到接收器的？

又要如何来阻挡这些干扰传递到接收器呢？

先来看差模的概念，差模电流很容易理解，如下图，

差模电流在输入的火线和零线（或者正线到负线）之间形成回路，用基尔霍夫定理可以很容易理解，两条线上的电流完全相等。

而这个差模电流除了包含电网频率（或者直流）的低频分量之外，还有开关频率的高频电流，如果开关频率的电流不是正弦的，那么必然还有其谐波电流。

现在以最简单的，具有PFC功能的DCM反激电源为例子，（如上图）

其输入线上的电流如下：

如将其放大：

可以看到电流波形为，众多三角波组成，但是其平均值为工频的正弦。

那么讲输入电流做傅立叶分析，可以得到：

可以看到，除了100Khz开关频率的基波之外，还有丰富的谐波。

继续分析到更高频率，可以看到：

如果不加处理，光差模电流就可以让传导超标。

那么如何，来阻挡这些高频电流呢？

最简单有效的，就是加输入滤波器。

例子1，在输入端加一个RC滤波器：

在对输入电流做傅立叶分析：

可以看到高频谐波明显下降

如果加LC滤波器：

对输入电流做分析：

可以看到滤泡效果更好，但是在低频点却有处更高了。

这个主要是LC滤波器谐振导致。

而实际 电路中，由于各种阻抗的存在。

LC不太容易引起谐振，但是也会偶尔发生。

如果在传导测试中发现低频段，有非开关频率倍频的地方超标，可以考虑是否滤波器谐振。