设计开关电源时防止电磁干扰（EMI）的三个技巧

发布时间：2024-12-13 阅读量：1580 来源: 我爱方案网作者: bebop

开关电源具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、工作稳定、安全可靠以及稳压范围宽等优点，而被广泛应用于计算机、通信、电子仪器、工业自动控制、国防及家用电器等领域。但是开关电源瞬态响应较差、易产生电磁干扰，且EMI信号占有很宽的频率范围，并具有一定的幅度。这些EMI信号经过传导和辐射方式污染电磁环境，对通信设备和电子仪器造成干扰，因而在一定程度上限制了开关电源的使用。

EMI问题说大不大，但如果不能及时发现并解决，后期想整改就要额外耗费大量时间和资金成本。特别对于部分中小型企业来说，异常繁琐的EMI整改可能会带来BOM成本等不菲的开销，更甚者会阻碍后期的设计进度。

下文收集整理了三个有助于降低开关电源产生的EMI的设计技巧，帮助工程师轻松搞定开关电源EMI问题，并推荐能有效降低EMI的电子元器件。

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一、利用开关频率调制技术

频率控制技术是基于开关干扰的能量主要集中在特定的频率上，并具有较大的频谱峰值。如果能将这些能量分散在较宽的频带上，则可以达到降低于扰频谱峰值的目的。通常有两种处理方法:随机频率法和调制频率法。

随机频率法是在电路开关间隔中加人一个随机扰动分量，使开关干扰能量分散在一定范围的频带中。研究表明，开关干扰频谱由原来离散的尖峰脉冲干扰变成连续分布干扰，其峰值大大下降。

调制频率法是在锯齿波中加人调制波(白噪声)，在产生干扰的离散频段周围形成边频带，将干扰的离散频带调制展开成一个分布频带。这样，干扰能量就分散到这些分布频段上。在不影响变换器工作特性的情况下，这种控制方法可以很好地抑制开通、关断时的干扰。

二、控制器件开关速度

在开关电源设计中为提高功率密度，通常会选择开关频率更高的MOSFET，通过提高开关速度显著减小输出滤波器体积，从而在单位体积内实现更高的功率等级。

但随着开关速度的提高，功率开关管通/断时的du/dt也会随之升高，而这恰恰就是导致EMI的主要原因之一。不仅如此，高du/dt还会对电机绕组的绝缘产生不利影响，加速漆包线、绝缘环等绝缘件的老化，对电机的绝缘设计带来了新的挑战。因此，控制器件开关速度进而减小功率开关管通/断的du/dt也成为了抑制开关电源干扰的一项重要措施。

MOSFET等效电路（图源：Mouser）

由此来看，如何选择MOSFET也是关键一步，快包平台提供的新洁能500v MOSFET产品就是很好的选择。

新洁能推出的500V MOS管产品系列涵盖导通电阻从110mohm至2200mohm多个产品规格。500V 电压平台还开发了具有快速恢复体二极管特性的F系列产品，该系列产品通过优化体二极管特性，减小反向恢复电荷和反向恢复时间，提升了体二极管反向恢复速度。在LLC等桥式电路中具有损耗低、可靠性高的性能优势。

Gen.4超结MOSFET 500V小电流产品可以用于非隔离照明电源等，也可以用于LLC 谐振电路中，替代以往的600V产品，更具成本优势。此外，500V产品由于具备更低的特征导通电阻，所以可以封装进更小的封装体积。比如可以在TO-252中封装导通电阻典型值110mohm的产品。

参数亮点

（图源新洁能）

三、保护敏感电路

开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器（EMI）、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成，而辅助电路包括了输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

常见的电源保护方法包括防浪涌软启动电路；过压、欠压及过热保护电路；缺相保护电路；短路保护。下图就是典型的输入EMI抑制电路。当电网受到雷击时，产生高压经输入线导入开关电源设备时，由FS1、ZNR1、RTH1组成防雷浪涌电路进行保护。

输入EMI滤波电路图（图源：Mouser）

R1、R2、C2、C4、LF1、LF2组成的π型滤波电路，是输入滤波电路，主要是对电网串入的电磁噪声进行抑制，防止对开关电源干扰，同时也抑制开关电源内部产生的高频噪声干扰电网，弱化电网的电磁污染。

总结：

随着开关电源的体积越来越小、功率密度越来越大，EMI控制问题成为开关电源稳定性的一个关键因素。由上述分析可知，采用开关频率调制技术、控制器件开关启动速度及保护敏感电路等技巧，可以有效地抑制、消除干扰源及受扰设备之间的祸合和辐射，切断电磁干扰的传播途径，从而提高开关电源的电磁兼容性。

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