電源EMC的整改案例分析

說到EMC 的整改問題，很多工程師都會有很刻記憶：有的工程師認為不是自己設(shè)計的電路或自己布的PCB，那別人就對這個電源過EMC 沒有更好的方法，還有的一些工程師對電源的IC 的功能情有獨鐘，他們可以分析出很多的情況，認為是這個IC 的功能影響到了產(chǎn)品的EMC 的指標(biāo)。從本人做EMC 的整改經(jīng)驗來看不能認同這些朋友的意見。本人從事整改好幾年，經(jīng)手整改過的產(chǎn)品有電源、陸軍標(biāo)的逆變電源、工業(yè)電源，也有大功率的LED 電源、音視頻產(chǎn)品，對這些產(chǎn)品的工作原理只大略知道，無論如何也比不上專職工程師，但一樣可以把這些產(chǎn)品整改符合EMC的要求同時也讓各企業(yè)滿意。

最近幫一個企業(yè)整改了一個二十幾瓦的電源，本文結(jié)合測試的曲線描述整改的經(jīng)過。

先上一個測試不通過的曲線：上圖是傳導(dǎo)測試的曲線。

上圖是空間輻射的 V 方向曲線

上圖是空間輻射的 H 方向的曲線

以上這個電源是一個 25W 左右的開關(guān)電源，電源的電路圖因為客戶原因不方便上傳，但可以跟大家先說明一下，此電路用了一個0。1uF 的X 電容和一個30mH 的共模電感。次級輸出加了一個50uH 的工字電感?？蛻粽囊笳姆桨敢芰慨a(chǎn)。

拿到產(chǎn)品后首先看了一下這個產(chǎn)品發(fā)現(xiàn) MOS 管和雙向二極管所帶的散熱片都是沒有接入熱地的。（也就是電源初級邊的電解電容的負極。變壓器內(nèi)有一層線圈繞制的屏蔽并接入熱地。

我的整改方案，如下：

從傳導(dǎo)的曲線上 1MHz 前超標(biāo)的情況可以看出差模電容X 太小了，所以修改了X 電容變成0。22uF。而1-5MHz 之間也超標(biāo)，所以增加共模電感到50mH ，這項頻率超標(biāo)一般主要是有變壓器的漏感造成的。在變壓器的外面增加了一個屏蔽銅箔，并接入熱地。（同時做了別外一個變壓器，去除原變壓器內(nèi)部的屏蔽層，改變了變壓器的繞線方式，在變壓器的外面做了屏蔽并接入熱地用備用）同時將 MOS 管和雙向二極管的散熱片也接入熱地。同時將MOS 管的D、S 兩腳間增加了一個101/1KV的電容，做完以上的整改方案后做了一次測試。

曲線見下面：

此圖為客戶原板上所用變壓器，我只在外面增加一個屏蔽層。測試可以通過不過余量很小只有 1dB。顯然來能保障批量生產(chǎn)可能造成的不確定性。

下圖為空間輻射的曲線 V 方向雖然也能通過但余量也是很小。

下圖為 H 方向的曲線，可以看到100-120MHz 段還有超標(biāo)的情況。

根據(jù)以上的情況我做了第二次修改，將變壓器更新成我前面提到過的改變了繞線方式的變壓器。用我的頻譜分析儀重新查看了一產(chǎn)品的變壓器的位置和MOS 管的位置。發(fā)現(xiàn)MOS 管的位置曲線不是有點高，并且成有規(guī)律的波形

于是用頻譜分別對 MOS 管的G、D、S 三個腳接觸看一下是哪個腳是輻射源，發(fā)現(xiàn)D 極的輻射源最大。

于是我在D 極上串了一個通用的插件磁珠。（￠3.5*8）再看MOS 管的頻譜曲線如下：

大家可以看到此時 MOS 管的輻射明顯減小而且更平穩(wěn)了一些。于是第二次做了測試。結(jié)果如下：

從上圖可以看到此時的傳導(dǎo)已經(jīng)非常的好，余量最小的為8.6dB.

上圖為 V 方向空間輻射曲線最小余量為8.3dB.

上圖為H 方向的曲線余量更大。

經(jīng)過兩次的修改該產(chǎn)品順利的符合了客戶要求的標(biāo)準(zhǔn)測試。最終的整改方案為：

1． 將 MOS 管，雙向二極管的散熱片面接入電源的熱地。

2． 將 X 電容改為0.22uF。

3． 將共模電感改為 50mH.

4． 在 MOS 管的D 線電路的正面串入一個插件的磁珠。去消在D、S 間并接的101 電容。

5． 將變壓器的繞線方式改變了一下，取消內(nèi)部的屏蔽，而在外部加了一個屏蔽層。并接入熱地。

小結(jié)一下：其實 EMC 的整改主要是電源的整改因為任何產(chǎn)品都要有電源來供電，此處沒有處理好一定會影響到其它的地方。不論是什么產(chǎn)品它的輻射或傳導(dǎo)主要有這個產(chǎn)品內(nèi)部的敏感元器件造成的。對于電源產(chǎn)品主要有的敏感元器件就是變壓器、MOS 管、二極管。所以只要解決好這三個方面的協(xié)調(diào)問題EMC 就不難搞定。而解決EMC 的方法概括來說就是：消除干擾源、切除干優(yōu)傳導(dǎo)的途徑、疏導(dǎo)干擾源。

a.消除就是用將干擾源通過熱能的方式損耗掉，這種是制本的方式。

b.切除干擾傳導(dǎo)的途徑就是將干擾向外傳遞的路徑切斷，使其無法向外干擾，也就是我們常做的濾波，屏蔽等方法。

c.疏導(dǎo)干擾源這種就是將干擾源引到不是敏感的元器件上如旁路，去藉，接地等方式。

EMC技能：整改小技巧

1、150kHz-1MHz，以差模為主，1MHz-5MHz，差模和共模共同起作用，5MHz 以后基本上是共模。差模干擾的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干擾是共模，低頻段是差摸干擾。用一個電阻串個電容后再并到Y(jié)電容的引腳上，用示波器測電阻兩引腳的電壓可以估測共模干擾。 2、保險過后加差模電感或電阻。 3、小功率電源可采用PI型濾波器處理（建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些）。

4、前端的π型EMI零件中差模電感只負責(zé)低頻EMI，體積別選太大（DR8太大，能用電阻型式或DR6更好）否則幅射不好過，必要時可串磁珠，因為高頻會直接飛到前端不會跟著線走。 5、傳導(dǎo)冷機時在0.15MHz-1MHz超標(biāo)，熱機時就有7dB余量。主要原因是初級BULk電容DF值過大造成的，冷機時ESR比較大，熱機時ESR比較小，開關(guān)電流在ESR上形成開關(guān)電壓，它會壓在一個電流LN線間流動，這就是差模干擾。解決辦法是用ESR低的電解電容或者在兩個電解電容之間加一個差模電感。

6、測試150kHz總超標(biāo)的解決方案：加大X電容看一下能不能下來，如果下來了說明是差模干擾。如果沒有太大作用那么是共模干擾，或者把電源線在一個大磁環(huán)上繞幾圈， 下來了說明是共模干擾。如果干擾曲線后面很好，就減小Y電容，看一下布板是否有問題，或者就在前面加磁環(huán) 7、可以加大PFC輸入部分的單繞組電感的電感量。 8、PWM線路中的元件將主頻調(diào)到60kHz左右。 9、用一塊銅皮緊貼在變壓器磁芯上。

10、共模電感的兩邊感量不對稱，有一邊匝數(shù)少一匝也可引起傳導(dǎo)150kHz-3MHz超標(biāo)。 11、一般傳導(dǎo)的產(chǎn)生有兩個主要的點：200kHz和20MHz左右，這幾個點也體現(xiàn)了電路的性能;200kHz左右主要是漏感產(chǎn)生的尖刺;20MHz左右主要是電路開關(guān)的噪聲。處理不好變壓器會增加大量的輻射，加屏蔽都沒用，輻射過不了。 12、將輸入BUCk電容改為低內(nèi)阻的電容。

13、對于無Y-CAP電源，繞制變壓器時先繞初級，再繞輔助繞組并將輔助繞組密繞靠一邊，后繞次級。 14、將共模電感上并聯(lián)一個幾k到幾十k電阻。 15、將共模電感用銅箔屏蔽后接到大電容的地。 16、在PCB設(shè)計時應(yīng)將共模電感和變壓器隔開一點以免互相干擾。 17、保險套磁珠。 18、三線輸入的將兩根進線接地的Y電容容量從2.2nF減小到471。 19、對于有兩級濾波的可將后級0.22uFX電容去掉（有時前后X電容會引起震蕩）?

20、對于π型濾波電路有一個BUCk電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對傳導(dǎo)150kHz-2MHz的L通道有干擾，改良方法是將此電容用銅泊包起來屏蔽接到地，或者用一塊小的PCB將此電容與變壓器和PCB隔開。或者將此電容立起來， 也可以用一個小電容代替。

21、對于π型濾波電路有一個BUCk電容躺倒放在PCB上且靠近變壓器此電容對傳導(dǎo)150kHz-2MHz的L通道有干擾，改良方法是將此電容用一個1uF/400V或者說0.1uF/400V電容代替， 將另外一個電容加大。 22、將共模電感前加一個小的幾百uH差模電感。 23、將開關(guān)管和散熱器用一段銅箔包繞起來，并且銅箔兩端短接在一起，再用一根銅線連接到地。

24、將共模電感用一塊銅皮包起來再連接到地。 25、將開關(guān)管用金屬套起來連接到地。 26、加大X2電容只能解決150kHz左右的頻段，不能解決20MHz以上的頻段，只有在電源輸入加以一級鎳鋅鐵氧體黑色磁環(huán)，電感量約50uH-1mH。 27、在輸入端加大X電容。 28、加大輸入端共模電感。 29、將輔助繞組供電二極管反接到地。

30、將輔助繞組供電濾波電容改用瘦長型電解電容或者加大容量。 31、加大輸入端濾波電容。 32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz這兩處傳導(dǎo)都不過，可在共模電路前加一個差模電路。也可以看看接地是否有問題，該接地的地方一定要加強接牢，主板上的地線一定要理順，不同的地線之間走線一定要順暢不要互相交錯的。 33、在整流橋上并電容，當(dāng)考慮共模成分時，應(yīng)該鄰角并電容，當(dāng)考慮差模成分時，應(yīng)該對角并電容。 34、加大輸入端差模電感。

2、產(chǎn)品電磁兼容騷擾源有：

1、設(shè)備開關(guān)電源的開關(guān)回路：騷擾源主頻幾十kHz到百余kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

2、設(shè)備直流電源的整流回路：工頻線性電源工頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百kHz；開關(guān)電源高頻整流噪聲頻率上限可延伸到數(shù)十MHz。

3、電動設(shè)備直流電機的電刷噪聲：噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百MHz。

4、電動設(shè)備交流電機的運行噪聲：高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

5、變頻調(diào)速電路的騷擾發(fā)射：開關(guān)調(diào)速回路騷擾源頻率從幾十kHz到幾十MHz。

6、設(shè)備運行狀態(tài)切換的開關(guān)噪聲：由機械或電子開關(guān)動作產(chǎn)生的噪聲頻率上限可延伸到數(shù)百MHz。

7、智能控制設(shè)備的晶振及數(shù)字電路電磁騷擾：騷擾源主頻幾十kHz到幾十MHz，高次諧波可延伸到數(shù)百MHz。

8、微波設(shè)備的微波泄漏：騷擾源主頻數(shù)GHz。

9、電磁感應(yīng)加熱設(shè)備的電磁騷擾發(fā)射：騷擾源主頻幾十kHz，高次諧波可延伸到數(shù)十MHz。

10、電視電聲接收設(shè)備的高頻調(diào)諧回路的本振及其諧波：騷擾源主頻數(shù)十MHz到數(shù)百MHz，高次諧波可延伸到數(shù)GHz。

11、信息技術(shù)設(shè)備及各類自動控制設(shè)備的數(shù)字處理電路：騷擾源主頻數(shù)十MHz到數(shù)百MHz（經(jīng)內(nèi)部倍頻主頻可達數(shù)GHz），高次諧波可延伸到十幾GHz。

編輯：黃飛