高频开关电源的EMC设计

1．5 输出直流滤波电路的EMC设计

直流EMI滤波器双端口网络模型如图5所示，其混合参数方程为：

式中：g11为输入导纳；g22为输出阻抗；g12为反向电流增益；g21为正向电压增益。

由式(1)可以等效出如图6所示的原理图。

直流EMI滤波器的设计必须满足以下的要求：

(1)要保证滤波器在滤波的同时不影响电源的带负载能力；

(2)对于输入的直流分量，要求滤波器尽量不造成衰减；

(3)对于谐波分量，滤波器要有良好的滤波效果。

结合混合参数方程及等效原理图，根据第一条要求，应使滤波器的输入导纳和输出阻抗尽可能小，即g11=g22=0。根据第二条要求，在低频时反向电流增益g12和正向电压增益g21的设计值要尽量为1，而输入导纳和输出阻抗尽可能小，即g12=g21=1，g11=g22=0。根据第三条要求，在高频时，g11,g12,g21，g22都要尽可能的小。根据以上的条件，输出直流滤波电路的EMC设计电路如图7所示，L2，C17,C18组成LC滤波电路，减少输出电压、电流纹波的大小，从而减小通过辐射传播的EMI。滤波电容C17,C18应尽量采用多个电容并联，以减小等效串联电阻，从而减小纹波电压。输出电感L2应尽量大，以减小输出纹波电流。

C19用于滤除导线上的共模干扰，选用低感电容，接线要短。C20，C21,C22，C23用于滤除输出线上的差模干扰，选用低感的三端电容。Z2为直流滤波器，滤波器的输入、输出线要屏蔽隔离。

1．6 开关电源印制电路板的EMC设计

印制电路板是高频开关电源设计的最后一个环节，如果印制电路板设计不当，由于PCB上既有小信号控制线，又有高压母线，还有高频功率开关和磁性元件，将直接影响到电路中各元件自身的抗干扰性和电路工作的可靠性，造成电源工作不稳定。单根导线的特性阻抗由直流电阻R和自感L组成，其计算公式如下两式所示。

式中：l为导线的长度；b为导线的宽度。

显然，印制线越短，直流电阻R就越小，同时增大印制线的宽度和厚度也可降低直流电阻R。从式(3)可知，印制线长度l越短，自感L就越小，而且增加印制线的宽度b也可降低自感L。多根印制线的特性阻抗除由直流电阻R和自感L组成外，还有互感M的影响，由互感M计算公式(4)可知，除受印制板的长度和宽度影响外，印制线的距离也起着重要作用。

M=2l[ln 2l／(b+s)-1] (4)

式中：s为两线之间的距离。增大两线之间的距离可减小互感。

由以上分析可知，在设计PCB时，应尽量降低电源线和地线的阻抗，因为电源线、地线和其他印制线都有电感，当电源电流变化较大时，将会产生较大的压降，而地线压降是形成公共阻抗干扰的重要因素，所以应尽量缩短地线，尽量加粗电源线和地线线条。

2 结 语

电磁兼容是一个十分复杂的问题，在设计高频开关电源时，应对电源可能的电磁环境进行充分估计，尽可能全面地考虑高频开关电源与外界环境的耦合途径，利用各种抑制干扰技术来消除干扰耦合，增强高频开关电源的抗干扰能力。主要的措施包括合适的接地，良好的搭接，合理的布线及屏蔽、滤波、限幅等。只有在设计时充分考虑EMC的设计，才能使高频开关电源的电磁干扰降到最低点。