在現(xiàn)代電子設(shè)備中，開關(guān)電源以其高效、體積小的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。然而，開關(guān)電源在工作過程中會產(chǎn)生電磁干擾（EMI），這不僅會影響設(shè)備自身的性能，還可能對周圍的電子設(shè)備造成干擾。因此，深入分析開關(guān)電源EMI的主要來源，并提出有效的減少措施，對于提升設(shè)備的電磁兼容性（EMC）具有重要意義。

一、開關(guān)電源EMI的主要來源

開關(guān)電源的工作原理是將工頻交流電整流為直流電，再逆變?yōu)楦哳l交流電，最后通過整流濾波電路輸出穩(wěn)定的直流電壓。在這個過程中，EMI的主要來源包括以下幾個方面：

功率開關(guān)器件及其散熱器：開關(guān)電源中的功率開關(guān)器件（如MOSFET、IGBT等）在高速開通和關(guān)斷時，會產(chǎn)生高頻的電壓和電流變化率，從而產(chǎn)生強烈的電磁輻射。同時，這些器件的散熱器也可能成為電磁干擾的輻射源。

高頻變壓器：高頻變壓器是開關(guān)電源中的關(guān)鍵元件，其漏感和分布電容在開關(guān)過程中會產(chǎn)生電磁干擾。特別是當(dāng)開關(guān)管關(guān)斷時，高頻變壓器的漏感會產(chǎn)生反電勢，形成傳導(dǎo)干擾。

輸出整流二極管：輸出整流二極管在截止時有一個反向恢復(fù)電流，這個電流會在變壓器漏感和其他分布參數(shù)的影響下產(chǎn)生高頻干擾。

PCB布線：開關(guān)電源的印刷線路板（PCB）布線也是電磁干擾的重要來源。手工布線的隨意性可能導(dǎo)致分布參數(shù)的提取和近場干擾的評估變得困難。

外部干擾源：外部干擾源如電源干擾和雷電干擾也可能對開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾。這些干擾以“共模”和“差?！狈绞酱嬖?，并通過電源線、信號線等耦合到開關(guān)電源內(nèi)部。

二、減少開關(guān)電源EMI的實用措施

為了減少開關(guān)電源的EMI，可以從以下幾個方面入手：

優(yōu)化電路設(shè)計：

采用軟開關(guān)技術(shù)：軟開關(guān)技術(shù)通過在開關(guān)過程中引入諧振，消除電壓、電流的重疊，從而減小開關(guān)損耗和電磁干擾。

合理選擇開關(guān)頻率：較高的開關(guān)頻率可以減小磁性元件的體積，但也會增加電磁干擾。因此，需要在開關(guān)頻率和磁性元件體積之間進(jìn)行權(quán)衡。

使用低開關(guān)損耗和軟開關(guān)特性的開關(guān)管：如碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）等寬禁帶半導(dǎo)體材料制成的開關(guān)管，具有更高的電子遷移率、更低的導(dǎo)通電阻和更快的開關(guān)速度，能有效減少開關(guān)過程中的能量損耗和電磁干擾。

加強濾波措施：

在開關(guān)電源的輸入和輸出端設(shè)計良好的濾波電路。輸入濾波電路主要用于抑制來自電網(wǎng)的電磁干擾進(jìn)入電源，同時也阻止電源內(nèi)部產(chǎn)生的干擾反流回電網(wǎng)。輸出濾波電路用于平滑輸出電壓，減少輸出紋波和電磁干擾。

增加電源輸入電路中EMC濾波器的節(jié)數(shù)，并適當(dāng)調(diào)整每節(jié)濾波器的參數(shù)，以滿足對傳導(dǎo)干擾的抑制要求。

優(yōu)化PCB布局和布線：

采用分區(qū)布局的方法，將電源電路分為輸入?yún)^(qū)、功率變換區(qū)、輸出區(qū)和控制區(qū)等不同區(qū)域。每個區(qū)域之間保持一定的安全距離，并通過合理的布線連接，避免不同區(qū)域之間的電磁干擾相互影響。

將產(chǎn)生干擾的元件（如開關(guān)管、變壓器）與敏感元件（如控制芯片、反饋電路）分開布局，減少電磁干擾的耦合路徑。

高頻信號的連線應(yīng)盡量短，以減少電磁輻射。同時，避免使用長而細(xì)的導(dǎo)線，以減少分布參數(shù)的影響。

采取有效的屏蔽措施：

使用金屬外殼對開關(guān)電源進(jìn)行封裝，金屬外殼可以起到良好的電磁屏蔽作用。外殼材料一般選擇導(dǎo)電性好的金屬，如鋁或鋼。在外殼的設(shè)計上，要保證其密封性，避免出現(xiàn)縫隙而導(dǎo)致電磁泄漏。

對于高頻變壓器等關(guān)鍵元件，可以采用銅箔屏蔽罩進(jìn)行屏蔽，并將屏蔽罩良好接地。這樣可以有效減少變壓器漏磁場產(chǎn)生的電磁干擾。

其他措施：

選擇具有快速恢復(fù)特性的二極管可以減少反向恢復(fù)電流產(chǎn)生的電磁干擾。

優(yōu)化變壓器的繞組結(jié)構(gòu)，如采用交錯繞組或者多層繞組等方式，可以改善其電磁性能。

在布局時要考慮元件之間的連線盡量短且直，以減少電磁輻射和分布參數(shù)的影響。

三、結(jié)論

開關(guān)電源的電磁干擾問題是一個復(fù)雜而重要的話題。通過分析EMI的主要來源，并采取有效的減少措施，可以顯著提升開關(guān)電源的電磁兼容性。這不僅有助于提高設(shè)備自身的性能穩(wěn)定性，還能減少對其他電子設(shè)備的干擾，為現(xiàn)代電子設(shè)備的正常運行提供良好的電磁環(huán)境。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，對開關(guān)電源EMI的研究和治理將成為一個持續(xù)關(guān)注的領(lǐng)域。