设计开关电源时防止电磁干扰(EMI)的三个技巧

发布时间:2024-12-13 阅读量:1555 来源: 我爱方案网 作者: bebop

开关电源具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、工作稳定、安全可靠以及稳压范围宽等优点,而被广泛应用于计算机、通信、电子仪器、工业自动控制、国防及家用电器等领域。但是开关电源瞬态响应较差、易产生电磁干扰,且EMI信号占有很宽的频率范围,并具有一定的幅度。这些EMI信号经过传导和辐射方式污染电磁环境,对通信设备和电子仪器造成干扰,因而在一定程度上限制了开关电源的使用。

EMI问题说大不大,但如果不能及时发现并解决,后期想整改就要额外耗费大量时间和资金成本。特别对于部分中小型企业来说,异常繁琐的EMI整改可能会带来BOM成本等不菲的开销,更甚者会阻碍后期的设计进度。
下文收集整理了三个有助于降低开关电源产生的EMI的设计技巧,帮助工程师轻松搞定开关电源EMI问题,并推荐能有效降低EMI的电子元器件。
扫码可申请免费样片以及获取产品技术规格书

一、利用开关频率调制技术


频率控制技术是基于开关干扰的能量主要集中在特定的频率上,并具有较大的频谱峰值。如果能将这些能量分散在较宽的频带上,则可以达到降低于扰频谱峰值的目的。通常有两种处理方法:随机频率法和调制频率法。


随机频率法是在电路开关间隔中加人一个随机扰动分量,使开关干扰能量分散在一定范围的频带中。研究表明,开关干扰频谱由原来离散的尖峰脉冲干扰变成连续分布干扰,其峰值大大下降。


调制频率法是在锯齿波中加人调制波(白噪声),在产生干扰的离散频段周围形成边频带,将干扰的离散频带调制展开成一个分布频带。这样,干扰能量就分散到这些分布频段上。在不影响变换器工作特性的情况下,这种控制方法可以很好地抑制开通、关断时的干扰。


二、控制器件开关速度


在开关电源设计中为提高功率密度,通常会选择开关频率更高的MOSFET,通过提高开关速度显著减小输出滤波器体积,从而在单位体积内实现更高的功率等级。
但随着开关速度的提高,功率开关管通/断时的du/dt也会随之升高,而这恰恰就是导致EMI的主要原因之一。不仅如此,高du/dt还会对电机绕组的绝缘产生不利影响,加速漆包线、绝缘环等绝缘件的老化,对电机的绝缘设计带来了新的挑战。因此,控制器件开关速度进而减小功率开关管通/断的du/dt也成为了抑制开关电源干扰的一项重要措施。
MOSFET等效电路(图源:Mouser)

由此来看,如何选择MOSFET也是关键一步,快包平台提供的新洁能500v MOSFET产品就是很好的选择。

新洁能推出的500V MOS管产品系列涵盖导通电阻从110mohm至2200mohm多个产品规格。500V 电压平台还开发了具有快速恢复体二极管特性的F系列产品,该系列产品通过优化体二极管特性,减小反向恢复电荷和反向恢复时间,提升了体二极管反向恢复速度。在LLC等桥式电路中具有损耗低、可靠性高的性能优势。

Gen.4超结MOSFET 500V小电流产品可以用于非隔离照明电源等,也可以用于LLC 谐振电路中,替代以往的600V产品,更具成本优势。此外,500V产品由于具备更低的特征导通电阻,所以可以封装进更小的封装体积。比如可以在TO-252中封装导通电阻典型值110mohm的产品。

参数亮点

(图源新洁能)

三、保护敏感电路

开关电源的主要电路是由输入电磁干扰滤波器(EMI)、整流滤波电路、功率变换电路、PWM控制器电路、输出整流滤波电路组成,而辅助电路包括了输入过欠压保护电路、输出过欠压保护电路、输出过流保护电路、输出短路保护电路等。

常见的电源保护方法包括防浪涌软启动电路;过压、欠压及过热保护电路;缺相保护电路;短路保护。下图就是典型的输入EMI抑制电路。当电网受到雷击时,产生高压经输入线导入开关电源设备时,由FS1、ZNR1、RTH1组成防雷浪涌电路进行保护。

输入EMI滤波电路图(图源:Mouser)
R1、R2、C2、C4、LF1、LF2组成的π型滤波电路,是输入滤波电路,主要是对电网串入的电磁噪声进行抑制,防止对开关电源干扰,同时也抑制开关电源内部产生的高频噪声干扰电网,弱化电网的电磁污染。

总结:


随着开关电源的体积越来越小、功率密度越来越大,EMI控制问题成为开关电源稳定性的一个关键因素。由上述分析可知,采用开关频率调制技术、控制器件开关启动速度及保护敏感电路等技巧,可以有效地抑制、消除干扰源及受扰设备之间的祸合和辐射,切断电磁干扰的传播途径,从而提高开关电源的电磁兼容性。


扫码可申请免费样片以及获取产品技术规格书


相关资讯
VS Cisco/NVIDIA:GIGALIGHT 400G SR4方案性能全面领先

在AI算力爆发与云计算需求激增的2025年,数据中心面临高带宽、低时延、低成本的三重挑战。GIGALIGHT推出的400G QSFP-DD SR4至4×100G单波互连方案,以“单波长100G PAM4”技术为核心,突破传统并行架构的瓶颈,实现单端口带宽利用率提升300%、功耗降低20%,并减少75%的光电转换单元,为全球超大规模数据中心提供兼具弹性与经济效益的短距连接新范式。这一方案不仅解决了传统400G部署中光纤资源浪费、端口密度不足、TCO过高等痛点,更在NVIDIA GPU集群、云原生Spine-Leaf架构等场景中验证了其技术领先性。

是德科技KAI系列解决方案性能优势与行业竞争力分析

在AI数据中心高速迭代的浪潮中,是德科技KAI系列解决方案以全栈测试能力重构AI基础设施验证范式,通过算法仿真、高速网络验证与光互连测试三大核心模块,直击AI集群设计效率低、网络验证复杂度高、光模块测试精度不足等痛点。相较于传统方案,KAI系列通过全生命周期协同验证,帮助客户缩短30%以上的开发周期,并在Meta、阿里云等头部企业的实际部署中实现性能跃升。以下为重新生成的5个标题,结合技术价值与传播吸引力,精准覆盖用户需求场景。

广和通5G AI MiFi解决方案性能优势与竞品分析

在全球5G与AI技术加速融合的背景下,广和通推出5G AI MiFi解决方案,通过“通信+智能”双引擎重构移动热点设备的行业标准。该方案基于4nm制程高通QCM4490平台,集成Wi-Fi 7多频并发、本地化AI语音交互(支持20种语言互译)及低功耗设计,在2.33Gbps下行速率与95%翻译准确率的加持下,彻底解决传统MiFi设备在跨国场景中的连接延迟、交互单一及云端依赖等痛点。相比Netgear、华为等竞品,其独特的“端侧AI+边缘计算”架构在能效比(0.46Gbps/W)与多场景适配性(工业巡检、国际商务)上展现显著优势,成为推动万物智联时代高效落地的标杆方案。

【海思Hi2115方案】NB-IoT R14+北斗双模定位,0.8uA超低功耗破解电动车防盗难题

一般定位追踪可使用GNSS技术,引入NB-loT的作用主要是为了利用云平台实现管理

高性能智能网关方案:实现250+PLC设备数据无缝上云

工业智能化发展使大量工业设备需要接入网络以实现数据采集、远程监控和设备控制等功能