开关电源EMI设计(原理讲解及实战分析)

反激式开关电源EMI设计

• EMI滤波器的作用是双方向性的，既能有效阻止外界的电磁干扰经电源线进入设备，又能阻挡设备自身工作中产生的电磁骚扰经电源线进入电网，传送到其他敏感设备。所以它是抗干扰和干扰抑制中都用得到的一种器件。

• 图中，电感的两个线圈绕在同一磁芯上（同名端都在线圈左侧），这种接线对差模电流（包括电源电流）产生的磁通相互抵消，不会产生磁路饱和；而对共模电流则体现一个很大的电感，取得大的滤波效果，故这个电感被称为共模电感。滤波器的这一结构特点说明它在很大程度上是用来对付共模干扰的。对一定尺寸的滤波器来说，在磁芯选定以后，电感线圈的电感量将取决于所用导线的线径，电流小的线径较细，线圈匝数可多一点，电感量就大一点；反之亦反。其典型值为几mH到零点几mH。

• 由于两个线圈不可能完全对称，两个线圈产生的磁力线也不会全部集中在磁芯中，会产生一部分抵消不掉的漏磁通，造成有一定寄生的差模电感的存在，这对于克服差模干扰是有好处的（由于泄漏电感能够除去差模干扰，所以反而希望有适度的泄漏电感）。寄生差模电感的电感量测量可在两个线圈的进线侧相互短接的情况下，从两个线圈的出线侧来测量。电感量的大小因共模扼流圈的形状以及绕线方法不同而异，一般来说是共模电感量的0.1%--1%。

• 由于电源电压是加在EMI共模电感的两个线圈上的，因而绝缘特性也很重要。所以多采用下图的形状，这样的形状对于泄漏电感和绝缘耐压都有利。

• 共模干扰：由于电位差造成的电流扰动，对地的扰动称为共模干扰。

• C2,C6位于火线与零线之间，用于衰减差模干扰，故称为差模电容。电容量的大小因涉及所用线路中容性差模电流的大小，对设备并无不利影响。电容器的耐压与火线—零线电压相当。常用250VAC的CBB（聚丙烯）电容，典型值为几十到几百nF。一般会在电容的两端并联一个电阻值为1M欧的电阻，起到泄放电容器上静电荷的作用，防止拔插电源时，电容通过人体放电，造成人身触电。此电阻不是必须的。

• X ( C2,C6 ) 电容与共模电感组成pai型滤波电路，主要解决的是EMI,传导，副射等。X电容的引脚间距即安全间距在安规里面是有要求的。X电容最大不会大于1.5uF。

• 说明：当没有共模电感时，电源通过保险，二极管，地，回到N线。可以看到回路中没有电阻，启动时刻，电容相当于短路，会产生浪涌；由于有共模电感的存在，可以有效的抑制浪涌电流，共模电感在启动时起到电抗的作用，使电容缓慢充电，起到保护元件及保险的作用。

• C5,C10位于火线对地和零线对地处，与共模电感一起用于衰减共模干扰，故称为共模电容。因为他们涉及直流耐压和工频耐压的检验，故电容耐压至少为3KVDC。同时，又涉及对地泄漏电流的问题，故电容的容量受到限制，不能任意取大，一般为1—4nF ( 典型值为2.2nF )。

• Y ( C5,C10 ) 电容：L,N差分的滤波用x电容；L,N与地的滤波用Y电容。

• EMI滤波器的电路结构仅仅决定了它的低频特性（相当于一种低通滤波器的动作）。要想提高滤波器的高频特性，关键是注意其制作工艺。

如造成高频特性欠佳的主要原因是：A、结构不好，导致输入与输出之间有高频耦合。B、选用器件的高频特性不好。

通常EMI滤波器电路的结构设计要求循一个方向布局，在空间允许的情况下，电感与电容要保持一定距离。

在器件选用上，为控制电感的分布电容，电感器尽量用单层绕制，必要时可采用多个电感串联的办法来达到所需电感量。对电容的引线，要求短（“短”意味着引线电感小）。要选用寄生电感小的电容和寄生电容小的电感；在焊接时，电容器的引线要尽量短。这里共模电容对于保证共模滤波特性尤其重要，而在实际使用中，共模干扰的频率又比较高，所以选择共模电容的特性好坏是关键。除了用高频陶瓷电容外，目前市上还有三端电容和穿心电容出售，对改进滤波器的高频特性很有帮助。此外，滤波器的接地线要保持粗短，并保证与地是低阻抗的连接。

• EMI中共模电感抑制的是对地的干扰。共模电感的大小以及x电容和Y电容的大小以现场测试再做调整。共模电感抑制共模电流的原理是：如果在L线上产生干扰，会造成磁场变化，N线上的磁场也发生变化，也抑制了干扰。L,N就不会发生电位差，不会由于电位差造成电流的扰动。

• 如果测试时，副射过不了怎么办？解决的方法是将共模电感加大，X电容容值加大。但X电容太大的话，漏电流也就变大。一样是过不了副射等。国标上对漏电流是有标准的，对于潮湿的地方，漏电流要求可以大一点，标准是小于0.76mA。对于干噪的地方，要求小于0.2几mA。

• 变压器，MOS管处布线时覆大地并连接到Y电容的大地。这样对EMI的抑制有很大的好处。

• EMI滤波器对付高频传导干扰比较适用，对于雷击浪涌的干扰就不适用。因此，为了抑制雷击浪涌的干扰，还必须配合使用压敏电阻等干扰吸收器件。

• 电容C7耐压的选择：220V*1.414 = 311V，留余量，电容选用450V。

• 保险要求用慢断型的。T代表慢断型的。