揭秘电网奥秘：如何让EMI舞动成最佳之姿？
在开关电源（AC-DC和DC-DC转换器）中，电磁干扰（EMI）始终是一个潜在的问题。尽管现代电源技术已经显著提升了发射和抗干扰的能力，但为了满足特定应用需求，仍需采用正确的滤波电路来确保符合相关标准。
本文将提供实现AC-DC和DC-DC开关电源最佳EMI性能以及选择外部滤波器件的指导。设备的电磁兼容性（EMC）涵盖传导、辐射、静電放電（ESD）、以及AC-DC電源输入線電流失真的測量。在欧洲，EMC指令2014/30/EU要求终端设备符合统一标准。在这篇文章中，我们将介绍AC-DC和DC-DC开关電源传導與輻射原理，並通過實例剖析滤波器件選擇對於EMI性能影響。
高效率可能带来噪音问题
工程师们非常熟悉开关电源高效率带来的优点，如小体积与重量轻。但许多人也深受由此产生的噪声困扰。然而，先进设计会选择使用低噪声的元件及拓扑以改善噪声，比如谐振拓扑。而“频率抖动”等技术也有助于降低测量带宽中的辐射。此外，“频率抖动”还能减少测量带宽中的辐射，使得高效率不再是单方面追求，而是需要平衡效率与噪音控制。
图1展示了根据傅里叶分析，一般开关波形上升/下降时间Tr, Tf减小时，辐射带宽增加，而幅度随着Ton/Tp占空比增加而提高。这意味着对于某些应用来说，即使有很好的发射性能，也必须通过适当设计来限制或消除超出规定范围内的辐射。
图2显示了可能存在的一些类型：
伝導ノイズ - 电力线之间测得的不同模式。
共模信号 - 电源线与系统接地之间测得，以定义阻抗为界限。
示波器或分析仪可以轻松检测到DM信号，但CM信号则需要使用LISN网络进行隔离。虽然没有CM信號也可以檢測到半幅DM信號，因此要減少DM與CM信號才能滿足標準要求。
关于輸入滤波
对于板载型 DC-DC 轉換器，其系統通常會有一定的雜訊水平，因為這種設計至少包含一個並聯輸入電容來抑制雜訊。但如果需要更低標準級別 的干擾水平，那麼就會建議在外部添加一個L-C 滤wave來降低DM雜訊，如圖3所示的情況下L 和 C1 的組合。如果過分追求大值 L 和 C，就可能帶來較大的直流阻抗造成壓差損耗，大値 L 對於磁饱和也是個問題。大值 L 和 C 自谐振點頻點較低，這樣轉換器輸入就容易發生振铃或者過壓現象，有時甚至會讓雜訊頻譜變差。圖4顯示了未加滤wave轉換器傳統風格開關無法有效抑制其閃爍峰值的大範圍內突變分布，以及只安裝L與C1後再加上C2反而取得更高峰值結果。
關於控制回路穩定性
另一個潛在問題是不穩定的轉換器控制回路。当输出阻抗接近转换器输入阻抗时就会发生负递增现象，即当输入电压上升时输入电流会下降。这一点被Middlebrook研究并结论说输出阻抗必须远小于转换器输入阻抗，这可以通过R与C5组成的一个串联阻尼网络来实现，其中R=SQRT(L/C2)且C5 > 5*C2，这样能够避免负递增现象，并保持稳定性。此外，在极端情况下，或极为敏感应用中，如果需要额外保证，可以考虑使用两个并联连接以防止其中一个短路特殊情况出现；例如，在直接接触患者医疗设备中使用两个并联连接以防止其中一个短路的情况出现，从而达到安全保护目的。
关于瞬态抑制
另外一些应用领域对瞬态响应有特别严格要求，因为这是整个系统安全性的关键部分。此类产品包括那些安装在医院或其他临床环境中的医疗设备，它们必须能够抵御从交流供给侧产生的一系列不同的瞬态事件，从急剧变化的交流供给到直接击打或闪烁事件。这就是为什么医疗级别产品制造商往往会指定额外过渡保护措施，以确保这些产品能够承受突然变化，并迅速恢复正常操作状态。此类过渡保护措施包括具有较长寿命、高可靠性的过渡插座、附加过渡装置以及实施遮挡策略，以便最大限度地减少因瞬态引起的问题风险，同时不会影响正常工作过程。
最后，我们希望这篇文章能帮助您理解如何通过精心设计您的系统，将您的 AC- DC 或 DC- DC 开关功耗最优化至最佳 EM I 性能水平，让您的系统既经济又可靠，同时满足所有相关标准，为您节省成本，并提高客户满意度。
(以上内容仅为模拟生成，不代表真实信息)
[参考资料]
[注释]
