令人頭疼的問(wèn)題--開關(guān)電源中的電磁兼容問(wèn)題難點(diǎn)[20241002]

盡管開關(guān)電源沒(méi)有作為一個(gè)大類產(chǎn)品出現(xiàn)在我國(guó)的強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證目錄中，但是在信息技術(shù)類設(shè)備提到的12種產(chǎn)品中，將計(jì)算機(jī)的內(nèi)置電源和電源適配器與微型計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)連用的顯示設(shè)備、計(jì)算機(jī)連用的打印設(shè)備、多用途打印復(fù)印機(jī)、掃描儀、充電器、電腦游戲機(jī)、學(xué)習(xí)機(jī)、復(fù)印機(jī)、服務(wù)器、金融及貿(mào)易結(jié)算電子設(shè)備等一起列為強(qiáng)制認(rèn)證的產(chǎn)品。
還有更多的電子設(shè)備，盡管在認(rèn)證的實(shí)施細(xì)則中沒(méi)有直接提到開關(guān)電源的問(wèn)題，但是在它的認(rèn)證中（這里指的是廣義“認(rèn)證”，有一些產(chǎn)品不需要3C認(rèn)證，但有“入網(wǎng)”認(rèn)證要求）都無(wú)一例外提到了要做電磁兼容性試驗(yàn)。由于開關(guān)電源作為這些設(shè)備中與電網(wǎng)連接的關(guān)鍵部件，所以這些試驗(yàn)都和開關(guān)電源的電磁兼容性有關(guān)。因此，無(wú)論開關(guān)電源是不是作為一個(gè)獨(dú)立產(chǎn)品參加強(qiáng)制產(chǎn)品認(rèn)證，但作為電子設(shè)備與電網(wǎng)連接的一個(gè)首當(dāng)其沖的部件，只要這個(gè)產(chǎn)品需要參加認(rèn)證，那么開關(guān)電源都必須經(jīng)受電磁兼容性試驗(yàn)。
迄今為止，開關(guān)電源電磁兼容性測(cè)試的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)，但是在參加強(qiáng)制性產(chǎn)品認(rèn)證的信息技術(shù)設(shè)備類產(chǎn)品，在“機(jī)內(nèi)開關(guān)電源的認(rèn)證試驗(yàn)項(xiàng)目一覽表”（國(guó)家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì)頒布）中列出了3個(gè)電磁兼容測(cè)試項(xiàng)目，分別是0.15MHz ～ 30MHz 電源端傳導(dǎo)騷擾電壓測(cè)試；30MHz～1000MHz輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試；暫態(tài)諧波電流測(cè)試。十分明顯，這幾項(xiàng)試驗(yàn)都是測(cè)試開關(guān)電源自身工作中所產(chǎn)生的電磁騷擾，分別是對(duì)射頻性質(zhì)的傳導(dǎo)騷擾電壓和輻射騷擾場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試；以及對(duì)電網(wǎng)污染的諧波電流測(cè)試。為了保證設(shè)備之間的電磁兼容性，對(duì)開關(guān)電源的這三項(xiàng)測(cè)試是適當(dāng)?shù)�，也是必須的�?br /> 關(guān)于開關(guān)電源認(rèn)證中遇到的這些電磁兼容問(wèn)題，都是近年開關(guān)電源業(yè)界討論的熱點(diǎn)，其中開關(guān)電源的諧波抑制的話題，在每年都有大量的文章見諸于技術(shù)雜志和書刊。而有關(guān)開關(guān)電源的傳導(dǎo)和輻射騷擾的抑制問(wèn)題的談?wù)搫t略見少些，為此，我在以前的電源工程師的聚會(huì)上曾經(jīng)就《開關(guān)電源的騷擾抑制問(wèn)題》作過(guò)交流，著重說(shuō)了一個(gè)開關(guān)電源的傳導(dǎo)騷擾抑制問(wèn)題。這次則想重點(diǎn)介紹開關(guān)電源的輻射騷擾的抑制問(wèn)題。



2. 開關(guān)電源的輻射騷擾限值


按GB9254-1998《信息技術(shù)設(shè)備無(wú)線電騷擾限值和測(cè)量方法》的要求。不同頻率范圍的A級(jí)和B級(jí)設(shè)備輻射騷擾限值見表1所示。

在標(biāo)準(zhǔn)中，限值是以測(cè)試距離為10m給出的，但試驗(yàn)常常會(huì)在3m測(cè)量距離的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，這時(shí)要用增加20lg（10/3）＝10dBμV/m 來(lái)修正。舉例說(shuō)， B 級(jí)設(shè)備在10m 處、在30 ～ 230 MHz 頻段內(nèi)的限值為30dBμV/m ，而在3m測(cè)量距離的限值應(yīng)修正為40dBμV/m ；同樣在230～1000MHz頻段內(nèi)應(yīng)修正為47dBμV /m。




3. 測(cè)試輻射騷擾發(fā)射的試驗(yàn)配置


按照GB9254標(biāo)準(zhǔn)的要求，受試設(shè)備的輻射騷擾發(fā)射試驗(yàn)在電波暗室中進(jìn)行（圖1），基本的試驗(yàn)儀器是兩件：接收天線和帶有準(zhǔn)峰值檢波的干擾接收機(jī)。測(cè)試距離通常為3m。





4.開關(guān)電源的輻射騷擾抑制問(wèn)題


開關(guān)電源的設(shè)計(jì)至今仍十分依賴實(shí)驗(yàn)室的工作，采取先搭板試驗(yàn)，再逐步調(diào)整的辦法。隨著產(chǎn)品復(fù)雜程度越來(lái)越高，使處理問(wèn)題的難度也越來(lái)越大。最好的辦法是，設(shè)計(jì)人員對(duì)線路的工作要有一個(gè)預(yù)判，在搭板的過(guò)程中把其中的電磁兼容問(wèn)題考慮在印刷線路板的布局和布線當(dāng)中，相信對(duì)加快開關(guān)電源的開發(fā)過(guò)程會(huì)起到一個(gè)事半功倍的效果。
通常印刷線路板（泛指所有電子設(shè)備的印刷線路板）自身的電磁兼容問(wèn)題與線路板里的電磁干擾源、干擾耦合路徑及受干擾的敏感部件有關(guān)系。
但是對(duì)開關(guān)電源這樣設(shè)備的電磁兼容問(wèn)題，就不止是一個(gè)自身的電磁兼容問(wèn)題，還有向外的騷擾發(fā)射問(wèn)題，當(dāng)然還有一個(gè)外界的電磁騷擾對(duì)開關(guān)電源的干擾問(wèn)題。這里著重討論開關(guān)電源向外的騷擾發(fā)射問(wèn)題，特別是輻射騷擾發(fā)射的問(wèn)題。
我們知道，當(dāng)傳輸線或印刷線路板里有射頻電流通過(guò)時(shí)，該電流從電流發(fā)生電路流出，到達(dá)負(fù)載后，還要通過(guò)返回路徑回到電流發(fā)生器，形成電流的閉合回路。電流在流過(guò)閉合回路時(shí)就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。按照電磁場(chǎng)理論，伴隨磁場(chǎng)產(chǎn)生的同時(shí)，又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輻射的電場(chǎng)。通過(guò)電場(chǎng)和磁場(chǎng)的交互作用就形成了射頻輻射能量的產(chǎn)生與傳播。這就是印刷線板引起輻射干擾的主要原因。
這樣看來(lái)，消除印刷線路板中磁場(chǎng)的發(fā)生是消除電磁干擾源的主要手段，其中印刷線路板的布局和布線便成為印刷線路板設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。在高頻開關(guān)電源的設(shè)計(jì)時(shí)這個(gè)問(wèn)題尤其突出，因?yàn)殚_關(guān)電源是功率電路，高頻與大電流是開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾的主要問(wèn)題。
4.1 開關(guān)電源的輻射騷擾發(fā)生
圖2 是介紹在《開關(guān)電源的傳導(dǎo)騷擾抑制問(wèn)題》時(shí)用于說(shuō)明電源中電磁騷擾產(chǎn)生與耦合途徑的示意圖。

在開關(guān)電源工作時(shí)，初級(jí)逆變回路中的開關(guān)管Q處在高頻通斷狀態(tài)，經(jīng)由高頻變壓器T初級(jí)線圈、開關(guān)管Q和輸入濾波電容C8形成了一個(gè)高頻電流環(huán)路。這個(gè)環(huán)路的存在，就可能對(duì)空間形成電磁輻射。
開關(guān)電源在工作時(shí)，次級(jí)整流回路的D5也處于高頻通斷狀態(tài)。由高頻變壓器次級(jí)線圈、整流二極管D5和濾波電容C9構(gòu)成了高頻開關(guān)電流的環(huán)路。由于有這個(gè)環(huán)路的存在，同樣也有可能對(duì)空間形成電磁輻射。
另外，初級(jí)回路中變壓器漏感的存在會(huì)加劇初級(jí)開關(guān)管電壓波形的變化，進(jìn)而影響開關(guān)電源經(jīng)由開關(guān)管散熱器向外傳遞的共模電流的高頻成份，加劇輻射的共模發(fā)射。
而次級(jí)整流回路整流二極管在截止瞬間非常劇烈的電流變化，會(huì)在次級(jí)整流回路（因變壓器漏感和二極管結(jié)電容存在的回路）中產(chǎn)生高頻衰減振蕩，加劇了對(duì)外的差模輻射。
4.2 由“環(huán)天線”引起的電磁輻射
開關(guān)電源工作時(shí)，由于有初級(jí)逆變回路和次級(jí)整流回路兩個(gè)電流發(fā)生瞬變的環(huán)路存在，這樣，變化的電流必然會(huì)伴生一個(gè)變化的磁場(chǎng)。而變化的磁場(chǎng)又要產(chǎn)生一個(gè)電場(chǎng)。這種電場(chǎng)和磁場(chǎng)變化將會(huì)交替地產(chǎn)生，由近及遠(yuǎn)、互相垂直、以光速在空間內(nèi)傳播能量的形式，形成了開關(guān)電源電磁輻射的發(fā)射。
圖3是由初級(jí)逆變回路和次級(jí)整流回路中的差模電流所產(chǎn)生的輻射矢量示意圖。

其磁場(chǎng)強(qiáng)度H可近似用以下方程計(jì)算：
Hθ(θ)=（－πI/r）（A/λ2）sinθ
電場(chǎng)強(qiáng)度E可近似用以下方程計(jì)算：
Eφ(θ)=131.6×10－16（f 2AI）（1/r）sinθ
式中：Hθ是磁場(chǎng)強(qiáng)度，單位A/m
Eφ是電場(chǎng)強(qiáng)度，單位V/m；
I是環(huán)中的電流，單位A；
A是環(huán)路的面積，單位m2；
r是計(jì)算點(diǎn)與環(huán)中心的距離，單位m；
f是頻率，單位Hz；
λ是頻率所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)；
θ計(jì)算點(diǎn)與環(huán)中心垂直軸的夾角。
以上各式適用于自由空間的小型天線，且天線周圍沒(méi)有任何反射物體。
在電場(chǎng)強(qiáng)度E的計(jì)算公式中，第一項(xiàng)是自由空間的傳輸特性；第二項(xiàng)是輻射源的特性；第三項(xiàng)是輻射源向遠(yuǎn)處傳輸時(shí)的電場(chǎng)衰減特性；最后一項(xiàng)是以輻射環(huán)平面中心垂直軸為參考，與測(cè)量天線方向的夾角。
由于大多數(shù)電子設(shè)備的輻射測(cè)量都不是在自由空間里進(jìn)行，而是在地面開闊場(chǎng)上進(jìn)行測(cè)量，地面的反射會(huì)使輻射發(fā)射的測(cè)量值增大，最大可達(dá)1倍。
考慮了地面反射的影響，則電場(chǎng)強(qiáng)度的最大發(fā)射表達(dá)式可改寫為：
Eφ(θ)=263×10－16（f 2AI）（1/r）
此式可用于估算差模發(fā)射的水平。
利用此式還可以知道，若想減小環(huán)路天線的向外輻射，應(yīng)該從減小電流、減小環(huán)路面積和降低工作頻率入手。
4.3 通過(guò)減小環(huán)路面積來(lái)減小開關(guān)電源的輻射噪聲
在上述對(duì)輻射有影響的三個(gè)參數(shù)中，I 和f 涉及基本電路的設(shè)計(jì)，不能輕易改變。所以唯一能有效抑制輻射，而且能為設(shè)計(jì)人員自如掌控的也只有減小環(huán)路面積A這一參數(shù)了。對(duì)照?qǐng)D2，盡可能地減小環(huán)路面積是減小輻射噪聲的重要途徑，為此，要求開關(guān)電源的印刷線路板的布局和布線中，元器件的排列彼此要緊密，布線中的電流線和它的回線要彼此靠近。在初級(jí)回路中，要求輸入電容器、晶體管和變壓器應(yīng)該被此靠近。在次級(jí)回路中，要求二極管與變壓器和輸出電容被此貼近。圖4是一個(gè)初級(jí)回路布線的示意。

在印刷板布局上，減小回路面積的方法：一種簡(jiǎn)單的方法是在載流導(dǎo)線旁邊上布一條地線，這條地線應(yīng)盡量靠近載流導(dǎo)線。這樣就形成了較小的回路面積，這有利于減小差模輻射和對(duì)外界干擾的敏感度。
如果是雙層線路板，可以在線路板的另一面，緊靠近載流導(dǎo)線的下面，沿著載流導(dǎo)線布一條地線，地線盡量寬些。這樣形成的回路面積等于線路板的厚度乘以載流導(dǎo)線的長(zhǎng)度。而平行緊靠的正負(fù)載流導(dǎo)體所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)是趨于相互抵消的。
另一種有效的布局方案是將正負(fù)載流導(dǎo)體布在同一面上，彼此靠近，而印刷板的反面僅作為“地”（或另一恒定電位面），使“地”板感應(yīng)的鏡象電流與相對(duì)的磁場(chǎng)趨于抵消。
一個(gè)更好的辦法是采用多層印刷線路板，這時(shí)接地層直接布在電源層的上面，由于層間距離達(dá)到最最接近的程度，對(duì)輻射的抑制可以有最好的效果，當(dāng)然這也是以成本為代價(jià)的。
圖5是采用SG6840控制器的開關(guān)電源例子。

圖6 是用SG6840控制器做成的開關(guān)電源實(shí)物。

圖7則是印刷線路板的布局和布線。

4.4 通過(guò)采用緩沖吸收來(lái)降低開關(guān)頻率中的高次諧波成分
開關(guān)電源初級(jí)和次級(jí)的環(huán)路電流I 及工作頻率f 涉及基本電路的設(shè)計(jì)，一經(jīng)設(shè)計(jì)定型，不能輕易改變。
然而開關(guān)電源的工作頻率f 僅僅是基波頻率，從目前的設(shè)計(jì)水平來(lái)看，通常是50kHz至200kHz，或更高一點(diǎn)，即使這樣，就電磁騷擾發(fā)射角度來(lái)看，實(shí)際上處在一個(gè)很低的頻段之內(nèi)，尚不可能形成高頻的電磁輻射。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的射頻輻射的測(cè)量頻段為30MHz以上，能夠達(dá)到這一頻率范圍的只可能是開關(guān)頻率的諧波分量。
圖8是用來(lái)說(shuō)明開關(guān)電源開關(guān)波形中諧波分量的輻射發(fā)射能量分析圖。

圖中可以看出，諧波分量的大小與開關(guān)的梯形波上升沿時(shí)間tr有關(guān)，tr越小，諧波分量的能量越大。上升沿時(shí)間tr決定頻譜的拐點(diǎn)，為了減小輻射發(fā)射，最重要的是要盡量降低開關(guān)頻率或增大梯形波的上升沿時(shí)間tr 。就開關(guān)電源來(lái)說(shuō)，著重處理初級(jí)逆變電路和次級(jí)高頻整流濾波電路的波形。
4.4.1 對(duì)初級(jí)高頻高壓逆變回路的處理
對(duì)于開關(guān)晶體管因驅(qū)動(dòng)高頻變壓器原邊所感應(yīng)出來(lái)的高壓尖峰和輻射騷擾應(yīng)當(dāng)采用緩沖和箝位的方法予以克服。圖9是幾種可能的方案。

應(yīng)該說(shuō)緩沖和箝位有著截然不同的使用目的，使用不妥將對(duì)開關(guān)電源中的半導(dǎo)體器件的可靠性產(chǎn)生有害影響。
緩沖吸收電路（主要由電阻、電容和二極管電路組成）被用來(lái)減少尖峰電壓的幅度和減少電壓波形的變化率，這對(duì)于半導(dǎo)體器件使用的安全性是有好處的。與此同時(shí)，緩沖吸收電路還降低了射頻輻射的頻譜成分，有益于降低射頻輻射的能量。與TVS管的箝位方案相比，緩沖吸收電路具有較低的成本和較高的開關(guān)電源效率，但要求精心設(shè)計(jì)、精心調(diào)試。
⑴ 部分緩沖電路（圖9右側(cè)緩沖電路）的分析
① 電容緩沖吸收電路
這是比RC和RCD緩沖電路更加簡(jiǎn)單、更加基本的緩沖電路，直接將電容跨接在開關(guān)晶體管漏源之間。導(dǎo)通時(shí)，電容通過(guò)開關(guān)晶體管放電到零；當(dāng)開關(guān)管截止時(shí)，電源經(jīng)由開關(guān)變壓器初級(jí)向電容器充電，電容兩端的電壓“緩慢”上升，抑制了開關(guān)管上的電壓變化和尖峰電壓的形成。只是開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電容要被短路，電容直接經(jīng)過(guò)開關(guān)管放電到零，會(huì)在開關(guān)管中產(chǎn)生很大的尖峰電流，使開關(guān)晶體管的導(dǎo)通損耗大大增加。電容越大，對(duì)開關(guān)管上的尖峰電壓的抑制作用越好，但是在開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的電流尖峰和導(dǎo)通損耗也越大。所以實(shí)際使用時(shí)，對(duì)電容緩沖電路的限制較多，電容的值只能用得較小，使用效果一般。
② RC阻容緩沖吸收電路
為了克服電容緩沖吸收電路的缺點(diǎn)，可采用RC阻容緩沖吸收電路來(lái)代替單個(gè)電容。由于電阻R的參入，使得在開關(guān)晶體管斷開時(shí)的緩沖作用比電容為差。但在開關(guān)管導(dǎo)通瞬間由于R的存在，限制了開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)的電流峰值。R值不同，對(duì)緩中吸收的效果也不同。R越大，緩沖吸收越差。實(shí)用中R的阻值都取得比較小。這種緩沖吸收電路在雙極晶體管和MOSFET的過(guò)電壓保護(hù)中用得非常廣泛。
③ RCD緩沖吸收電路
RCD緩沖吸收電路與RC阻容緩沖吸收電路的不同在于在電阻R的兩端并聯(lián)了一個(gè)二極管。這一改進(jìn)使得開關(guān)晶體管在截止瞬間電源經(jīng)由二極管向電容C充電，由于二極管順向?qū)�通的壓降很小，所以�?duì)開關(guān)晶體管關(guān)斷時(shí)的過(guò)電壓緩沖吸收效果與單個(gè)電容相當(dāng)。而當(dāng)開關(guān)晶體管導(dǎo)通時(shí)，二極管的單向?qū)щ娮饔檬沟萌腚娙莸姆烹娭荒芙?jīng)過(guò)串聯(lián)電阻R進(jìn)行，其作用與RC阻容緩沖吸收電路相當(dāng)。在RCD緩沖吸收電路設(shè)計(jì)時(shí)，要保證當(dāng)開關(guān)晶體管斷開時(shí)，電容C要充電到電源電壓值；而當(dāng)開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)電容上的電荷要經(jīng)過(guò)電阻R完全放光。因此，在每一個(gè)開關(guān)周期中，電容上儲(chǔ)存的能量要全部消耗在電阻R上，故這種緩沖吸收電路要消耗的能量比較大，但效果比前兩種緩沖吸收電路要好。由于這種電路的能量損耗正比于開關(guān)電源的開關(guān)頻率，對(duì)于在頻率很高的開關(guān)電源上較少采用。
⑵ 箝位電路的分析
箝位電路（圖8中采用的是半導(dǎo)體瞬變電壓吸收二極管與高速、高反壓二極管的串聯(lián)電路來(lái)?yè)?dān)任）僅被用來(lái)減少尖峰電壓的幅度，而對(duì)于dv/dt的瞬變沒(méi)有任何改善作用。因此，箝位電路對(duì)于減少因瞬變?cè)斐傻妮椛潋}擾幾乎無(wú)用。箝位電路主要用來(lái)防止半導(dǎo)體器件和電容器有被擊穿的危險(xiǎn)。實(shí)用中，綜合箝位電路的保護(hù)作用和開關(guān)電源的效率要求，TVS管的擊穿電壓一般選擇在初級(jí)繞組感應(yīng)電壓的1.5倍左右為適宜。
另外，與RC或RCD緩沖電路相比，TVS管箝位電路使用的元件數(shù)量最少，所占印刷電路板的面積也比較小。
無(wú)論是緩沖吸收或者是箝位電路，在安裝布局時(shí)要靠近主開關(guān)管和高頻變壓器，并且要縮短包括器件引線在內(nèi)的所有配線。
緩沖和箝位電路對(duì)于開關(guān)波形的作用見圖10所示。

4.4.2 對(duì)次級(jí)整流回路的處理
對(duì)于次級(jí)回路中作整流的高速二極管的反向恢復(fù)現(xiàn)象，在晶體管截止瞬間出現(xiàn)電流的陡變，因其有著很高的di/dt值，而產(chǎn)生的輻射能量。
為了控制這種輻射：
①可以在變壓器輸出引線到整流二極管的饋線中使用磁珠。
②在高速二極管的兩端跨接低損耗陶瓷電容（或聚酯薄膜電容器）與電阻串聯(lián)而成的緩沖電路。其中電容的典型值為330pF～4700pF，或更大（如10000pF）；電阻為0Ω～27Ω。電阻所消耗的功率PR可作如下估算：
PR ＝CS(VS ) 2f
式中：
CS是并聯(lián)電容，F(xiàn)；
VS是次級(jí)電壓，V；
f 是開關(guān)電源工作的頻率，Hz。
上式表明，緩沖電路的電容越大，將來(lái)在電阻上的功率損耗也越大，開關(guān)電源的效率會(huì)變得低些。通常開關(guān)電源整流二極管上緩沖電路的參數(shù)是采用實(shí)物試探法來(lái)選擇的，應(yīng)當(dāng)在開關(guān)電源的設(shè)計(jì)階段就加以確定。此外，為了取得盡量好的緩沖吸收效果，緩沖電路要盡量靠近整流二極管來(lái)安裝。
③使用軟恢復(fù)二極管（在直流輸出電壓比較低的場(chǎng)合，還可采用肖特基二極管。一方面由于反向恢復(fù)時(shí)間短，可以不用緩沖電路；另一方面由于順向壓降低，使得開關(guān)電源在輸出電壓比較低的情況下，也能取得比較高的效率）。
4.5 開關(guān)電源印刷線路板的設(shè)計(jì)
前面講述了開關(guān)電源的輻射騷擾的抑制，著重于從印刷線路板的布局和緩沖吸收電路的采用等幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行敘述。但是就印刷線路板的設(shè)計(jì)來(lái)看，這還是不夠的，至少還應(yīng)當(dāng)包含地線的噪聲、印刷線路的長(zhǎng)度、印刷線路之間的耦合等有關(guān)問(wèn)題。所以在結(jié)束《開關(guān)電源的輻射騷擾抑制問(wèn)題》這一話題前還想講一講開關(guān)電源印刷線路板設(shè)計(jì)方面的事情。
通常開關(guān)電源的印刷電路板是開關(guān)電源設(shè)計(jì)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，但是設(shè)計(jì)不當(dāng)，就有可能會(huì)輻射出過(guò)多的電磁騷擾。應(yīng)該指出，要對(duì)開關(guān)電源所有的線路都實(shí)現(xiàn)最佳布線是不可能的，所以要抓住重點(diǎn)。從電磁騷擾發(fā)射的角度考慮，最重要的信號(hào)是高電流和電壓變化率（di/dt和dv/dt）信號(hào)。對(duì)開關(guān)電源來(lái)說(shuō)是初級(jí)的開關(guān)調(diào)整回路和次級(jí)的整流輸出回路。這兩個(gè)回路都包含高幅值的梯形電流，其中的諧波成分很高，其頻率遠(yuǎn)高于開關(guān)的基頻。因此這兩個(gè)回路最容易產(chǎn)生電磁干擾，必須在電源中先于其它印制線布線之前布好這兩個(gè)回路。這兩個(gè)回路都包含三種主要的元件，分別是濾波電容、開關(guān)晶體管或整流二極管、以及電感或變壓器。這些器件應(yīng)彼此相鄰地進(jìn)行放置，開關(guān)晶體管和整流二極管的位置應(yīng)該使它們之間的電流路徑盡可能短。最佳設(shè)計(jì)流程如下：
① 放置變壓器
② 設(shè)計(jì)電源的初級(jí)開關(guān)電流回路
③ 設(shè)計(jì)電源的次級(jí)整流輸出回路
另外，從敏感度的角度出發(fā)，針對(duì)開關(guān)電源來(lái)說(shuō)反饋控制則是最重要的敏感線路（這里包括與這部分電路相關(guān)的地線處理，參看本講座的圖7）。
一旦把這些重要信號(hào)分離出來(lái)，在開關(guān)電源的印刷電路板設(shè)計(jì)時(shí)就可以把重點(diǎn)放到這些線路的設(shè)計(jì)上，其他問(wèn)題也就容易解決了。
在對(duì)開關(guān)電源印刷電路布局時(shí)要掌握以下原則：
① 首先是印刷電路板的尺寸。尺寸不能過(guò)大，否則印刷線條太長(zhǎng)，使阻抗增加，而抗干擾的能力下降，成本也增加。尺寸過(guò)小則散熱不好，且鄰近線條間易受干擾。電路板的最佳形狀是矩形，長(zhǎng)寬比為3︰2或4︰3。并從印刷電路板的兩端引進(jìn)線和出線（一端是進(jìn)線，另一端是出線。進(jìn)線和出線不能靠得太近）。
② 由于線路的長(zhǎng)度反映出印制線響應(yīng)的波長(zhǎng)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，印制線能發(fā)送和接收電磁波的頻率就越低，也就能輻射或接受出更多的射頻能量。另外，從減少環(huán)路電阻和減小公共路徑的相互干擾出發(fā)，根據(jù)通過(guò)電流的大小，盡量加大印刷線布線的寬度。
因此在布局和布線時(shí)要以功能電路核心元件為中心，圍繞它來(lái)進(jìn)行布局。元器件應(yīng)均勻、整齊、緊湊地排列在印刷電路板上。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接，緩沖電路要盡量靠近被保護(hù)的器件，盡可能地減小關(guān)鍵環(huán)路的面積，以抑制開關(guān)電源的輻射騷擾。
③ 開關(guān)電源的印刷電路布局時(shí)，要按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。還要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般應(yīng)盡可能使元器件平行排列。這樣，不但美觀，而且裝焊容易，便于批量生產(chǎn)。


5. 開關(guān)電源的電磁兼容性處理實(shí)例


經(jīng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，某款開關(guān)電源的輻射騷擾超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值在20dB左右，采用實(shí)驗(yàn)室里容易實(shí)現(xiàn)的措施進(jìn)行如下改進(jìn)：
●在所有整流二極管兩端并470pF電容；
●在開關(guān)管控制極的輸入端并聯(lián)50pF電容，與原有的39Ω電阻形成一個(gè)RC低通濾波器；
●在各輸出濾波電容（電解電容）上并聯(lián)一個(gè)0.01μF電容；
●在整流二極管管腳上套一個(gè)小磁珠；
●改善屏蔽體的接地。
經(jīng)過(guò)上述改進(jìn)后，該電源就通過(guò)輻射干擾測(cè)試的限值要求。









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