輕松了解EMI及其抑制方法

EMI翻譯成中文就是電磁干擾。其實所有的電器設備，都會有電磁干擾。只不過嚴重程度各有不同。電磁干擾會影響各種電器設備的正常工作，會干擾通信數(shù)據(jù)的正常傳遞，雖然對人體的傷害尚無定論，但是普遍認為對人體不利。所以很多國家和地區(qū)對電器的電磁干擾程度有嚴格的規(guī)定。當然電源也不例外的，所以我們有理由好好了解EMI以及其抑制方法。F面結合一些專家的文獻來描述EMI.首先EMI有三個基本面就是噪音源：發(fā)射干擾的源頭如同傳染病的傳染源耦合途徑：傳播干擾的載體。如同傳染病傳播的載體，食物，水，空氣 就是噪音源：發(fā)射干擾的源頭如同傳染病的傳染源耦合途徑：傳播干擾的載體。如同傳染病傳播的載體，食物，水，空氣 缺少一樣，電磁干擾就不成立了。所以，降低電磁干擾的危害，也有三種辦法：1.從源頭抑制干擾。2.切斷傳播途徑3?增強抵抗力，這個就是所謂的EMC（電磁兼容）先解釋幾個名詞：傳導干擾：也就是噪音通過導線傳遞的方式。輻射干擾：也就是噪音通過空間輻射的方式傳遞。差模干擾：由于電路中的自身電勢差，電流所產(chǎn)成的干擾，比如火線和零線，正極和負極共模干擾：由于電路和大地之間的電勢差，電流所產(chǎn)生的干擾。通常我們去實驗室測試的項目：傳導發(fā)射：測試你的電源通過傳導發(fā)射出去的干擾是否合格。輻射發(fā)射：測試你的電源通過輻射發(fā)射出去的干擾是否合格。傳導抗擾：在具有傳導干擾的環(huán)境中，你的電源能否正常工作。輻射抗擾：在具有輻射干擾的環(huán)境中，你的電源能否正常工作。首先來看，噪音的源頭：任何周期性的電壓和電流都能通過傅立葉分解的方法，分解為各種頻率的正弦波。所以在測試干擾的時候，需要測試各種頻率下的噪音強度。那么在開關電源中，這些噪音的來源是什么呢？

FlDiNoiseSources di/dtFlDiNoiseSources di/dtdi/dtdv/dt開關電源中，由于開關器件在周期性的開合，所以，電路中的電流和電壓也是周期性的在變化。那么那些變化的電流和電壓，就是噪音的真正源頭。那么有人可能會問，我的開關頻率是lOOKHz的，但是為什么測試出來的噪音，從幾百K到幾百M都有呢？我們把同等有效值，同等頻率的各種波形做快速傅立葉分析：loop-:0E-21100E-24-D1525305MHerrz/divloop-:0E-21100E-24-D1525305MHerrz/divFrequency/KlH-ertz藍色：正弦波綠色：三角波紅色：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諧波，諧波最大的是方波。也就是說如果電流或者電壓波形，是非正弦波的信號，都能分解出高次諧波。那么如果同樣的方波，但是上升下降時間不同，會怎樣呢。同樣是lOOKHz的方波

lit10叫152531OOnrlOOrrFrequency/MHert?SMHena/divlit10叫152531OOnrlOOrrFrequency/MHert?SMHena/div紅色：上升下降時間都為100ns綠色：上升下降時間都為500ns可以看到紅色的高次諧波明顯大于綠色。我們繼續(xù)分析下面兩種波形，A：有嚴重高頻震蕩的方波，比如M0S,二極管上的電壓波形。B：用吸收電路，把方波的高頻振蕩吸收一下。BBwithsnubberAVidthoutsnubber分別做快速傅立葉分析：Ajlpoq方丫一aErwuadg可以看到在振蕩頻率（大概30M）之后，A波形的諧波，要大于B波形。再來看，下面的波形，一個是具有導通尖峰的電流波形，一個沒有導通尖峰。

對兩個波形做傅立葉分析：nH1葉10QE-21H□Frequency/MHertziOOrrt1ODH200260SOMHertz^divlOOndnH1葉10QE-21H□Frequency/MHertziOOrrt1ODH200260SOMHertz^divlOOnd100 150可以看到紅色波形的高次諧波，要大于綠色波形。繼續(xù)對兩個波形，作分析紅色:固定頻率的信號綠色：具有稍微頻率抖動的信號1>Wu-6011214te100兇WOrrr1Dm^Frequency/MHertz2MHertz/div可以看到，頻率抖動，可以降低低頻段能量。進一步，放大低頻段的頻譜能量：40m20m10400uIffiJir40d1O'J1.45l.C1.651.3IF100m2G0u40m20m10400uIffiJir40d1O'J1.45l.C1.651.3IF100m2G0u可以看到，頻率抖動就是把頻譜能量分散了，而固定頻率的頻譜能量，集中在基波的諧波頻率點，所以峰值比較高，容易超標。最后稍微總結一下，如果從源頭來抑制EMI。1?對于開關頻率的選擇，比如傳導測試150K-30M,那么在條件容許的情況下，可選擇130K之類的開關頻率，這樣基波頻率可以避開測試。2?采用頻率抖動的技術。頻率抖動可以分散能量，對低頻段的EMI有好處。3?適當降低開關速度，降低開關速度，可以降低開關時刻的di/dt,dv/dt。對高頻段的EMI有好處。4?采用軟開關技術，比如PSFB,AHB之類的ZVS可以降低開關時刻的di/dt,dv/dt。對高頻段的EMI有好處。而LLC等諧振技術，可以讓一些波形變成正弦波，進一步降低EMI。5?對一些振蕩尖峰做吸收，這些管子上的振蕩，往往頻率很高，會發(fā)射很大的EMI.6?采用反向恢復好的二極管，二極管的反向恢復電流，不但會帶來高di/dt.還會和漏感等寄生電感共同造成高的dv/dt.下面來看一下傳播途徑，這個是poon&Pong兩位教授總結的傳播途徑，比較的直觀全面CouplingMechanismsCouplingPaths L ￡ H合僅Ti電躇斟白可見電路CouplingMechanismsCouplingPaths L ￡ H合僅Ti電躇斟白可見電路Non-ContactCouplingCircuitsvisibleOhSchematicdiagramContactCouplingMagneticFieldFarfieldNearfieldElectricField我們先來看傳導途徑：傳導干擾的傳遞都是通過電線來傳遞的，測試的時候，使測試通過電線傳導出來得干擾大小|胚'"$?"切疋川SetUp—C\mchicied(<30MIIz)NoShieldRoomisNeeded"V色rtiumlgroundplaneV色rtiumlgroundplaneO.im(CISPR)lm(FCC)0.8m^O.flm{CI5PR) ExcessleadHHbundle廠GroundphriE2閒GroundphriE2閒x2m(CISPft)r2.5mx3m(FCC)Toreceiver/SpectrumAnalyzer也就是說對電源來說，所有的傳導干擾都會通過輸入線，傳遞到測試接收器。那么這些干擾如何傳遞到接收器的？又要如何來阻擋這些干擾傳遞到接收器呢？先來看差模的概念，差模電流很容易理解，如下圖，差模電流在輸入的火線和零線（或者正線到負線）之間形成回路，用基爾霍夫定理可以很容易理解，兩條線上的電流完全相等。而這個差模電流除了包含電網(wǎng)頻率（或者直流）的低頻分量之外，還有開關頻率的高頻電流如果開關頻率的電流不是正弦的，那么必然還有其諧波電流。現(xiàn)在以最簡單的，具有PFC功能的DCM反激電源為例子，（如上圖）其輸入線上的電流如下：如將其放大：可以看到電流波形為，眾多三角波組成，但是其平均值為工頻的正弦。那么講輸入電流做傅立葉分析，可以得到：

Frequen匚Frequen匚1MHertz/dw可以看到，除了lOOKhz開關頻率的基波之外，還有豐富的諧波。繼續(xù)分析到更高頻率，可以看到：IDi1D0iIDi100rrFrequen-D^f/FniHertzICOrnIDi1D0iIDi100rrFrequen-D^f/FniHertzICOrn如果不加處理，光差模電流就可以讓傳導超標。那么如何，來阻擋這些高頻電流呢？最簡單有效的，就是加輸入濾波器。例子l，在輸入端加一個RC濾波器：在對輸入電流做傅立葉分