電源模塊EMC設計

眾所周知，EMC是指電磁兼容測試，指設備所產生的電磁能量既不對其它設備產生干擾，也不受其他設備的電磁 能量干擾的能力。隔離電源模塊的EMC測試包含EMI（電磁干擾）測試和EMS（電磁抗擾度）測試兩項，那么如何 保證電源模塊的EMC性能呢？這里將為大家揭曉。
1、 EMC簡介
EMI電磁干擾指被測設備對周圍設備產生干擾的能力，主要包括傳導騷擾CE、 輻射騷擾RE。電源模塊的EMS電磁 抗擾度指由于在正常運行時，設備或系統能承受相應標準規定范圍內的電磁能量干擾，根據國標GB/T 16821- 2007《通信用電源設備通用試驗方法》中規定電源模塊測試主要包括群脈沖抗擾度（EFT）、浪涌抗擾度（SURGE ）、靜電放電抗擾、輻射抗擾度等項目。
EMC的產生必須具備的三要素，干擾源、傳輸介質以及敏感設備，如下圖1所示。三者缺一個都構不成EMC問題， 那么電源模塊的設計中僅需針對其中一個方面進行整改即可實現EMC防護，例如從干擾源進行根除、改善傳輸介 質避免干擾傳遞或將敏感設備遠離干擾源等方法。

2、 EMC干擾防護第一式——電路設計
高功率密度、高轉換效率的電源模塊一般都是開關電源，在開關管開通、關斷時，電壓和電流都會被斬波，造成 較大瞬態變化（di/dt、dv/dt），所以電源模塊不論其使用什么樣的拓撲結構，只要是開關電源，其都會產生一 定程度的EMC干擾如圖2所示。

電源模塊的EMC性能可通過優化自身拓撲結構和規范PCB設計進行提升。例如：
• 電路設計中，以先保護后濾波為原則，保護器件應放置在離產品的靜電導入口最近的地方；
• 拓撲設計中，選擇連續導通模式（CCM）的拓撲，例如Boost、全橋、推挽等拓撲；
• 在電路防護方面，開關管建議加RC吸收電路和RCD吸收電路，且靠近開關管放置，從而降低尖峰電壓，在EMC傳 輸路徑上使用π型濾波和全波整流電路等濾波電路，具體可參考圖3；
• PCB設計中，盡可能地大面積鋪地，并且盡量減小對地平面的分割，減小回路面積，從而降低干擾。避免出現 大面積孤立銅區，大面積孤立銅區會因電磁等原因影響模塊的可靠性；減少布線的長度，從而減小動態節點處電 感，避免產生較強的電磁場。

3、 EMC干擾防護第二式——器件選擇
電源模塊的元器件選擇會直接的影響模塊的整體性能，接下來將為大家從電源芯片、高頻變壓器、場效應管以及 共模電感等方面介紹，具體如下所示。
• 高頻變壓器：應保證直流損耗低、交流損耗低，漏感小，并且需要良好的繞組布局讓繞組之間有良好的屏蔽， 從而使開關電源工作時，在漏極產生的尖峰盡可能的??；
• 場效應管：關注其導通電阻和低柵極電荷兩項參數，這兩項即影響模塊的EMC性能也影響整體的效率，所以要 做好兩者的平衡；
• 共模電感：與其他無源器件相同，關注其電參數，例如額定電壓、額定電流、電感量以及漏感等參數；
• 濾波電容：應用于輸入端進行濾波；應用于輸出端吸收開關頻率及高次諧波電流分量，需求趨勢是小型大容量 化、高頻低阻抗化以及高耐壓；
• 壓敏電阻：要求最大直流工作電壓大于電源及信號線直流工作電壓。

4、 EMC干擾防護第三式——外圍保護
電源模塊作為模塊類產品，對于體積的要求較高，如果僅要依靠電源模塊內部的設計滿足要求，則產品的體積會 非常之大，成本會非常昂貴，因為吸收EMS的電子元器件的體積都很大，所以高等級的EMC干擾防護只能通過外圍 電路設計來滿足系統的EMS要求。
根據國標GB/T 16821-2007《通信用電源設備通用試驗方法》中規定，傳導騷擾（CE）的波形大體是分為三種成 份組成，分別是低頻（150KHz~0.5MHz）、中頻（0.5MHz~5MHz）以及高頻（5MHz~30MHz）。而針對不同情況則需 要不同的外圍電路進行解決。
• 低頻：屬于差模騷擾，使用差模濾波電路解決；
• 中頻：同時有差模和共模騷擾，由共模濾波電路和差模濾波電路共同解決；
• 高頻：屬于共模騷擾，使用差模濾波電路解決。
電源線中往往同時存在共模和差模干擾，因此電源EMI濾波器是由共模濾波電路和差模濾波電路綜合構成，如圖5 所示。

5、 EMC干擾防護第四式——優質的電源模塊
對于自主搭建的電源模塊，不僅研發周期較長和生產成本較高，且產品的一致性與可靠性均難以保證，此時可以 選用一款優質的電源模塊進行產品設計。
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