开关电源EMC过不了？我告诉你怎么办！

时间： 2024-05-25 来源：艾创微微信公众号

技术问答

说起开关电源的难点问题，PCB布板问题不算很大难点，但若是要布出一个精良PCB板一定是开关电源的难点之一（PCB设计不好，可能会导致无论怎么调试参数都调试不成功的情况，这么说并非危言耸听），原因是PCB布板时考虑的因素还是有很多的，如：电气性能，工艺路线，安规要求，EMC影响等等；考虑的因素之中电气性能是最基本的，但是EMC又是最难摸透的，很多项目的进展瓶颈就在于EMC问题；下面给大家分享下常用反激拓扑结构的PCB布板与EMC。

一、什么是EMC电磁兼容性？

电磁兼容性（EMC，即Electromagnetic Compatibility）是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁骚扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁骚扰（Electromagnetic Disturbance）不能超过一定的限值；另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁骚扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性（Electromagnetic Susceptibility，即EMS）。

二、EMC电磁兼容性的两种角度

图 1

电磁兼容性包括两方面：EMI（电磁干扰），EMS（电磁敏感性）两方面，如图1所示。EMI指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象，是指设备对环境的干扰。EMI的分类有CE（传导干扰），RE（辐射干扰），PT（干扰功率测试）等等。EMS指因电磁干扰而引起的设备或系统的性能下降程度，是指设备抵抗环境干扰的能力。EMS的分类有ESD（静电放电），RS（辐射耐受），EFT/B（快速脉冲耐受），surge（雷击），CS（传导耐受）等等。

三、电路与EMC

图 2

电路（反激拓扑）：

该电路以ICW118A外围开发的反激SSR应用电路。ICW118A是合肥艾创微电子科技有限公司的一款适用于高性能离线反激电源转换的新一代PWM控制器。专为高性价比AC/DC转换器设计。在85V-265V的宽电压范围内提供高达7W的连续输出功率。优化的高合理性的电路设计结合高性能价格比的双极型制作工艺，最大程度上节约了产品的整体成本。该电源控制器可工作于典型的反激电路拓扑中，构成简洁的AC/DC转换器。

IC内部的启动电路被设计成一种独特的电流吸入方式，可利用功率开关管本身的放大作用完成启动，这显著地降低了启动电阻的功率消耗；而在输出功率较小时IC将自动降低工作频率，从而实现了极低的待机功耗。在功率管截止时，内部电路将功率管反向偏置，直接利用了双极性晶体管的CB高耐压特性，大幅提高功率管的耐电压能力，可耐压700V的高压，这保证了功率管的安全。

IC内部还提供了完善的防过载防饱和功能，可实时防范过载、变压器饱和、输出短路等异常状况，提高了电源的可靠性。

EMC（看看电路中哪些关键地方蕴含了EMC的机理）：

图2的电路中打圈几部分对EMC影响非常重要，比如辐射，大家都知道电磁场辐射是空间的，但基本的原理是磁通量的变化，磁通量涉及到磁场有效截面积，也就是电路中对应的环路。电流可以产生磁场，产生的是稳定的磁场，不能向电场转化；但变化的电流产生变化的磁场，变化的磁场是可以产生电场（其实这就是有名的麦克斯韦方程，我用通俗语言来说的），变化的电场同理可产生磁场。所以一定要关注那些有开关状态的地方，那就是EMC源头之一，比如电路中的红粗线环路，是开关管开通和关断的环路，不仅设计电路时开关频率的调节可以对EMC造成影响，布板走线环路面积也有着重要的影响！同时电路中打红圈2的RCD吸收回路，是一个产生高频辐射的环路，以及电路中打红圈1的输入滤波环路、打红圈3的输出整流环路和打红圈4的输出滤波环路，四个环路面积一定要小，布线要尽可能短粗，环路对EMC的传导和辐射都影响非常大，而且对电路的稳定性以及输出纹波都有影响。

四、PCB设计与EMC的关联

1、PCB环路对EMC的影响非常重要，比如反激主功率环路，如果太大的话辐射会很差；

2、滤波器走线效果，滤波器是用来滤除干扰的，但若是PCB走线不好的话，滤波器就可能失去应该有的效果；

3、结构部分，散热器设计接地不好会影响屏蔽板的接地等；

4、敏感部分与干扰源头过近，比如EMI电路与开关管很近，必然会导致EMC很差，需要有清晰的隔离区域；

5、RCD吸收回路的走线；

6、Y电容接地与走线，还有Y电容的位置也很关键等等。

下面举一个例子：

图 3

如图3中蓝色的虚线框，电解电容C2引脚走线做了内缩的处理，大家可以学习下，让电容引脚采用挤电流走线。这样电容的滤波效果才能够达到最佳状态。

五、EMC寄语

随着时代的发展，越来越多的电子、电气设备或系统产品都需要进行检验检测，其中EMC测试是必备的检验检测指标之一。产品的EMC性能是设计阶段赋予的，一般电子产品设计时如果不考虑EMC因素，就会很容易导致EMC测试失败，以致不能通过相关EMC法规的测试或认证。例如，产品设计研发工程师们根据需求，设计出效果良好的滤波电路，置入产品I/O(输入/输出）接口的前级，可使因传导而进入系统的干扰噪声消除在电路系统的入口处；设计出隔离电路（如变压器隔离和光电隔离等）解决通过电源线、信号线和地线进入电路的传导干扰，同时阻止因公共阻抗、长线传输而引起的干扰；设计出能量吸收回路，从而减少电路、器件吸收的噪声能量；通过选择元器件和合理安排的电路系统，使干扰的影响减少。

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