​开关电源产生电磁兼容性问题的原因分析

开关电源是现代电子产品必不可少的电路之一，应用十分广泛，但同时相比其他电路，开关电源更容易产生电磁兼容性问题。所以小白若是想成为一个电源工程师/EMC工程师，也离不开分析开关电源的电磁兼容性问题，所以本文将分享多种开关电源产生电磁兼容性问题的原因。

通信开关电源因工作在高电压大电流的开关状态下，其引起的电磁兼容性是相当复杂的。从整机的电磁兼容性来讲，主要分为共阻抗耦合、线间耦合、电场耦合、磁场耦合和电磁波耦合几种。电磁兼容产生的要素分为干扰源、传播途径及受干扰体。公祖抗耦合主要是干扰源与受干扰体在电气上存在共同阻抗，通过该阻抗使干扰信号进入受干扰对象，线间耦合主要是产生干扰电压及干扰电流的导线或PCB线，因并行布线而产生的相互耦合，电场耦合主要是由于电位差的存在，产生的感应电场对受干扰体产生的耦合。磁场耦合主要是大电流的脉冲电源线附近产生的低频磁场对干扰对象产生的耦合。而电磁波耦合，主要是由于脉动的电压或电流产生的高频电磁波，通过空间向外辐射，对相应的受干扰体产生的耦合。实际上，每一种耦合方式是不能严格区分的，只是侧重点不同。

在开关电源中，主功率开关管在很高的电压下，以高频开关方式工作，开关电压及开关电流均为方波，该方波所含的高次谐波的频谱可达方波频率的1000次以上。同时，由于电源变压器的漏电感及分布电容，以及主功率开关器件的工作状态并非理想，在高频开或关时，常常产生高频高压的尖峰谐波震荡，该谐波震荡产生的高次谐波，通过开关管与散热器间的分布电容传入内部电路或通过散热器及变压器向空间辐射。用于整流及续流的开关二极管，也是产生高频干扰的一个重要原因。因整流及续流二极管工作在高频开关状态，由于二极管的引线寄生电感、结电容的存在及反向恢复电流的影响，使之工作在很高的电压及电流变化率下，而产生的高频振荡，因整流及续流二极管一般离电源输出线较近，其产生的高频干扰最易通过直流输出线传出。

通信开关电源为了提高功率因数，均采用了有源功率因数校正电路。同时，为了提高电路的效率及可靠性，减小功率器件的电应力，大量采用了软开关技术。其中零电压、零电流或零电压零电流开关技术应用最为广泛。该技术极大地降低了开关器件所产生的的电磁干扰。但是软开关无损吸收电路多利用L、C进行能量转移，利用二极管的单向导电性能实现能量的单向转换，因而该谐振电路的二极管成为电磁干扰的一大干扰源。

通信开关电源中，一般利用储能电感及电容器组成L、C滤波电路，实现对差模及共模干扰信号的滤波，及交流方波信号转换为平滑的直流信号，由于电感线圈分布电容，导致了电感线圈的自谐振频率降低，从而使大量的高频干扰信号穿过电感线圈，沿交流电源线或直流输出线向外传播。滤波电容器，随着干扰信号频率的上升，由于引线电感的作用，导致电容量及滤波效果不断下降，直至达到谐振频率以上时，完全失去电容器的作用而变为感谢。不正确地使用滤波电容及引线过长，也是产生电磁干扰的一个原因。

通信开关电源由于功率密度高，智能化程度高，带MCU微处理器，因而，其中有从高至近千伏到低至几伏的电压信号，从高频的数字信号至低频的模拟信号，电源内部的场分布相当复杂。PCB布线不合理、结构设计不合理、电源线输入滤波不合理、输入输出电源线布线不合理、CPU及检测电路的设计不合理，均会导致系统工作的不稳定或降低对静电放电、电快速瞬变脉冲群、雷击、浪涌及传导干扰、辐射干扰及辐射电磁场等的抗扰性能力。