【经验】如何改善开关电源的电磁干扰？

时间： 2018-03-15 来源：世强作者：电气14号

由于采用脉宽调制(PWM)控制方式的开关电源的开关频率不断提高，使其高频开关波形中的大量谐波成分通过传输线和空间电磁场向外传播，从而造成了不可忽视的传导和辐射干扰问题。随着通讯及控制技术的发展，各种高频数字电路对开关电源电磁兼容性(EMC)的要求更加严格，如何减小电磁干扰(EMI)成为开关电源设计中的一个难点。与常用的抗干扰技术相比，频率抖动技术(Frequency Jitter)是一种从分散谐波干扰能量着手解决EMI问题的新方法。频率抖动技术是一种通过改善控制技术来优化性能的新方法，该方法首先在高频数字电路中开始使用，现在已被集成开关电源芯片所采用而大量应用于小功率开关电源产品中，从而为抑制开关电源的电磁干扰提供了一种新的思路。频率抖动技术是指开关电源的工作频率并非固定不变，而是周期性地变化来减小电磁干扰的一种方法。下面以世强代理的PI公司的LinkSwitch-3系列功率集成芯片为例，结合电磁干扰的产生机理和测量方法来说明频率抖动技术的工作原理及作用。

PI LinkSwitch-3系列芯片是一种内含PWM控制电路和MOSFET的功率芯片，工作频率为132kHz，可周期性地以132kHz为中心频率上下变动4kHz。能在4ms周期(频率为250Hz)内完成一次从128 kHz至136 kHz之间的频率抖动。采用相同的外围电路和初级峰值电流的情况下，对应用频率抖动技术和未采用频率抖动技术的电源准峰值(QP)和平均值(AV)进行了比较，结果发现，未采用频率抖动技术时，各次谐波较窄而且离散，幅值在谐波频率处较高；而采用频率抖动技术时的谐波幅值明显降低，并且变得平滑，高次谐波接近连续响应，可以明显看出减小EMI的效果十分显著。

频率抖动技术较之于其它方法具有更突出的优点。由于形成开关电源电磁干扰的三个条件是干扰源、耦合途径和受扰设备。因此常用的抑制电磁干扰方法有以下几种：

(1)采用滤波元件，如共模电感、X1和Y1电容，X1电容用于输入线间滤波， Y1电容在电路发生故障时只会断路而不会短路，因此常用于初次级电路；

(2)在变压器内部加屏蔽绕组，外包屏蔽铜带，并将磁芯接地；

(3)在高频开关(MOSFET和次级整流二极管)上加Snubber电路，以减小 dV/dt和 dI/dt；

(4)通过完善PCB设计来减小高频电流回路的面积，对高频元件采用Kelvin接法等。

这些方法可以有效地抑制电磁干扰，但每种方法都有其局限性，采用共模电感、X1和Y1电容的方法将受到体积、成本的制约；变压器抗干扰技术要增加变压器的绕制难度，绝缘也要十分小心；高频开关上加Snubber电路会降低电源的效率，并增加高频开关的损耗；而PCB设计需要丰富的经验，并要考虑到方便产品制造(如机插元件要求水平布置等)。相比之下，频率抖动技术采用功率半导体集成芯片的内部电路来改善EMI，高效且可靠，使用中不依靠电源设计人员的经验，无需增加体积并能节省外围元件的成本，也不会对电源的效率带来任何负面影响，更不会给电源产品的制造增加任何不便

通过上面的介绍对比，相信大家都已经熟悉了PI公司的频率抖动技术相对于其他EMI设计方法的优势所在，能够给大家带来帮助的话希望能够点赞收藏，如有问题可以在下面评论区回复交流，也可以咨询世强官方电话400-887-3266。

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七彩风云 Lv6. 高级专家 2021-01-06

学习了
古月工 Lv8. 研究员 2018-11-09

好
84979640 Lv6. 高级专家 2018-05-10

学习了
电源大混子 Lv3. 高级工程师 2018-05-10

有平台就是好！
大虾 Lv6. 高级专家 2018-03-29

很有价值。

LouBing Lv7. 资深专家 2018-03-22

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海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2018-03-20

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