开关电源有EMI电磁干扰是怎么回事？-电路图讲解-电子技术方案

电磁兼容性（EMC）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干扰的能力。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干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。 所谓电磁干扰是指任何能使设备或系统性能降级的电磁现象。而所谓电磁干扰是指因电磁干扰而引起的设备或系统的性能下降。

EMC包括EMI（电磁干扰）及EMS（电磁耐受性）两部份，所谓EMI电磁干扰，乃为机器本身在执行应有功能的过程中所产生不利于其它系统的电磁噪声；而EMS乃指机器在执行应有功能的过程中不受周围电磁环境影响的能力。本文首先介绍了EMC的分类及标准，其次阐述了开关电源EMC干扰产生的原因，最后介绍了开关电源EMC过不了的主要原因，具体的跟随小编一起来了解一下。

EMC的分类及标准

EMC（ElectromagneTIc CompaTIbility）是电磁兼容，它包括EMI（电磁骚扰）和EMS（电磁抗骚扰）。EMC定义为：设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中的任何设备的任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力。EMC整的称呼为电磁兼容。EMP是指电磁脉冲。

EMC = EMI + EMS EMI ： 電磁干擾 EMS ： 電磁相容性 （免疫力）

EMI可分为传导ConducTIon及辐射RadiaTIon两部分，Conduction规范一般可分为： FCC Part 15J Class B；CISPR 22（EN55022， EN61000-3-2， EN61000-3-3） Class B；国标IT类（GB9254，GB17625）和AV类（GB13837，GB17625）。FCC测试频率在450K-30MHz，CISPR 22测试频率在150K--30MHz，Conduction可以用频谱分析仪测试，Radiation则必须到专门的实验室测试。

EN55022为Radiation Test & Conduction Test （传导 & 辐射测试）； EN61000-3-2为Harmonic Test （电源谐波测试） ；EN61000-3-3为Flicker Test （电压变动测试）。

CISPR22（Comite Special des Purturbations Radioelectrique）应用于信息技术类装置， 适用于欧洲和亚洲地区；EN55022为欧洲标准，FCC Part 15 （Federal Communications Commission） 适用于美国，EN30220欧洲EMI测试标准，功率辐射测试标准是EN55013频率在30MHZ-300MHz。

EN55011辐射测试标准是：有的频率段要求较高，有的频率段要求较低。传导 （150KHZ-30MHZ） LISN主要是差模电流， 其共模阻抗为100欧姆（50 + 50）; LISN主要是共模电流， 其总的电路阻抗为25欧姆（50 // 50）。

EMI为电磁干扰，EMI是EMC其中的一部分，EMI（Electronic Magnetic Interference） 电磁干扰， EMI包括传导、辐射、电流谐波、电压闪烁等等。电磁干扰是由干扰源、藕合通道和接收器三部分构成的，通常称作干扰的三要素。 EMI线性正比于电流，电流回路面积以及频率的平方即：EMI = K*I*S*F2。I是电流，S是回路面积，F是频率，K是与电路板材料和其他因素有关的一个常数。

EMI是指产品的对外电磁干扰。一般情况下分为 Class A & Class B 两个等级。 Class A为工业等级，Class B 为民用等级 。民用的要比工业的严格，因为工业用的允许辐射稍微大一点。同样产品在测试EMI中的辐射测试来讲，在30-230MHz下，B类要求产品的辐射限值不能超过40dBm 而A类要求不能超过50dBm（以三米法电波暗室测量为例）相对要宽松的多，一般来说CLASS A是指在EMI测试条件下，无需操作人员介入，设备能按预期持续正常工作，不允许出现低于规定的性能等级的性能降低或功能损失。

EMI是设备正常工作时测它的辐射和传导。在测试的时候，EMI的辐射和传导在接收机上有两个上限，分别代表Class A和Class B，如果观察的波形超过B的线但是低于A的线，那么产品就是A类的。EMS是用测试设备对产品干扰，观察产品在干扰下能否正常工作，如果正常工作或不出现超过标准规定的性能下降，为A级。能自动重启且重启后不出现超过标准规定的性能下降，为B级。不能自动重启需人为重启为C级，挂掉为D级。国标有D级的规定，EN只有A，B，C。EMI在工作頻率的奇数倍是最不好过的。

EMS（Electmmagnetic Suseeptibilkr） 电磁敏感度一般俗称为 “电磁免疫力”， 是设备抗外界骚扰干扰之能力，EMI是设备对外的骚扰。

EMS中的等级是指：Class A，测试完成后设备仍在正常工作；Class B，测试完成或测试中需要重启后可以正常工作；Class C，需要人为调整后可以正常重启并正常工作；Class D，设备已损坏，无论怎样调整也无法启动。严格程度EMI是B》A，EMS是A》B》C》D。

开关电源EMC干扰产生的原因

1、开关电路产生的电磁干扰

在开关电源的EMC设计中，工程师首先需要避兔的就是从电源的开关电路中所产生的电磁干扰问题，这也是开关电源的主要干扰源之一。开关电路在结构方面主要由开关管和高频变压器组成，因此它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变，这种瞬变是一种传导型电磁干扰，既会影响变压器的初级，同时还会使传导干扰返回配电系统，造成电网谐波电磁干扰，从而影响其他设备的安全和经济运行。

2、整流电路产生的电磁干扰

在开关电源的EMC设计中，另一个较大的电磁干扰源就是整流电路。在-一些中小型电源的整流电路中，在输出整流二极管截止时都会有一一个反向电流，它恢复到零点的时间与结电容等因素有关。高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向截止时，由于PN结中有较多的载流子积累，因而在载流子消失之前的一段时间里，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化。

3、高频变压器产生的电磁干扰

高频变压器在开关电源的运行过程中也同样会不可避免的产生电磁干扰，在大型电源的产品测试过程中，这一干扰问题尤其常见。高频变压器的初级线圈、开关管和滤波电容构成的高频开关电流环路有时会产生较大的空间辐射，形成辐射干扰，对电源的EMC设计有较大影响。如果电容滤波容量不足或高频特性不好，电容上的高频阻抗会使高频电流以差模方式传导到交流电源中形成传导干扰。

4、分布电容引起的干扰

分布电容在开关电源的设计和EMC产品测试过程中，是一种非常不起眼的电磁干扰源。当开关电源工作在高频状态时，其纷布电容所产生的干扰是非常大的，一方面，散热片与开关管集电极间的绝缘片接触面积较大，且绝缘片较薄。高频电流会通过分布电容流到散热片上，再流到机壳地，此时将会产生共模干扰。另一方面，脉冲变压器的初次级之间存在着分布电容，可将原边电压直接耦合到副边上，在副边作直流输出的两条电源线上产生共模干扰。

开关电源EMC过不了的主要原因

1、熟透电路方可从容进行PCB设计之EMI电路

上面的电路对EMC的影响可想而知，输入端的滤波器都在这里；防雷击的压敏；防止冲击电流的电阻R102（配合继电器减小损耗）；关键的虑差模X电容以及和电感配合滤波的Y电容；还有对安规布板影响的保险丝；这里的每一个器件都至关重要，要细细品味每一个器件的功能与作用。设计电路时就要考虑的EMC严酷等级从容设计，比如设置几级滤波，Y电容数量的个数以及位置。压敏大小数量选择，都与我们对EMC的需求密切相关

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微波器件指天线/功分器/PA功放/波导等等，安装在卫星/飞机上的部件需要轻质化，一般采用铝合金制造，但器件一些部分之间需要绝缘处理，能否一体化3D制造，节省制造成本且降低组装调试费用？还能大幅度的减轻产品重量呢？采用新型的塑料成型技术：3D混合制造 可以到达要求，3D混合制造步骤是3D打印成型/激光LDS选择性沉积金属。

采用这种工艺的好处是节省了制造时间和实现了复杂的馈源/波导等器件的一体化免安装调试，且带来的另外好处是大幅度减轻了产品重量。

下面举例说明：

波导器件

传统的波导式金属材料制造，见下图

美国从事制造卫星微波器件设计的工程师，希望我们采用3D混合制造技术来替换以上军用金属波导器件，我司制造产品如下，先3D打印成型，再在内部墙壁金属化，这个部件重量只有金属工艺的15%，即节省了85%重量！这对卫星和飞机中微波通讯系统减重意义非凡！

射频接插件

射频接插件，是在无线通讯设备中广泛使用的一种元件，传统的都是金属件车削加工后电镀。困扰着这行业之技术难点是3G以上频段的接插件难以控制品质：光洁度、电镀层质量关乎射频阻抗。另一个困难就是降低制造成本。“3G以上的射频线和接插件真能合格的不多”撰写｛实用无线电｝一书的作者，曾开发出国产射频网络分析仪的我国知名的射频专家胡树豪先生曾对我说。因此，我比较留意这个领域的技术进步。 全塑射频接插件在LDS技术起来前，不能实现，是基于： 第一：塑料电镀层抗剥离指标差； 第二：电镀层厚度不便于精确控制； 第三：电镀层刚性太强，弹性不足； 第四：不能精确实现选择镀，不需要金属的部分不好遮蔽。 然而，LDS是一种在塑胶上选择性沉积金属方法。其在塑胶上是存在根，并据此化学生长的金属层，克服了以上所有缺陷。并且可以通过手机和汽车行业严格的高温高湿后抗剥离测试。因此，开始发挥注塑件制造便宜、产能大优势，导入到射频接插件领域，下图是采用注塑工艺制造的射频接插件，再选择性金属化

下图是注塑模具及其注塑件：

3D构型天线

大型的军舰上面天线，需要考虑减轻重量，美国隐形军舰采用了一种塑料技术制造的3D分形天线，其组件是3D打印成型的，见下图：

事实上，很多3D构型且要选择性金属化的天线，且可以采用本文提到的混合制造技术：

否则采用传统的FPC和电路板技术，安装误差大，调试难度高，重量重。当然制造成本也高。

3D混合制造技术是刚出现的新工艺，还不为行业所知，需要广大微波工程师/工艺师多推广。

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