小功率电源EMI解决方案

EMI对任何一个电源产品来讲，都算得上是难点和痛点，难在它捉摸不透，痛在它无法逃避。

由于本人水平有限，对相关的认知深度还远远不够，本帖将着重于结合自身经验来提供一些解决问题方法，并不强调理论与实践严格的对号入座。

首先我们来讨论相对容易的，传导问题。

遇到传导测试超标问题，第一步要做的，通常是定位噪声分量主要是差模还是共模，通常的测试设备可以用来区分差共模分量，但个人觉得太麻烦，并且测试出来的是相对值，并不一定可以具备指导意义。最简单的办法是，在输入端口并联一个X电容，几十nF到几百nF，如果所关心的频段测试通过了，就说明噪声的干扰主要是差模干扰，或者更准确地说，通过压低差模分量，就一定能够搞定问题。

至于差模分量改怎么压下来，无非两种方案，一是加强差模滤波，二是源头上降低差模噪声，下面针对典型的设计来分析解决方案。

上图是小功率无PFC反激电源典型应用下的部分原理图，其中第三个框内所示的器件是差模噪声的源头：1）流过变压器的电流 2）流过RCD吸收回路的电流，对于一般设计，漏感通常控制得比较小，前者是差模电流主要贡献者。

第一个框和第二个框都起到了差模滤波的作用，第一个框利用X电容和共模电感的差模分量来做差模滤波，第二个框则利用差模电感和两个储能电解电容作π型滤波。典型应用下，两种一般不会同时出现，即典型应用通常有如下两种：

第一种应用下，一部分差模电流被储能电容吸收后，其余分量全部依赖共模电感Lcm和X电容Cx滤除，这种设计通常应用于要求传导EMI接地测试的场合，Lcm感量比较大，对应的差模分量也比较大，从滤波角度压低差模分量的措施有三种：1）降低储能电容C1的ESR和ESL；2）加大X电容Cx容量；3）加大差模电感Lcm的差模分量。

第一种措施受制于电解电容本身特性，发挥空间不大，第二种措施受制于空间尺寸、待机功耗（更大的X电容需要更小的放电电阻）等，第三种方案发挥空间相对大。我们可以通过同时增加共模感量（使用磁导率更高的磁环、使用尺寸更大的磁环以及增加绕组匝数）的方式来增加差模分量，也可以通过适当降低共模感量的方式来提升差模感量，简单的办法是：对于环形的共模电感，可以在两个绕组中间插入一块矽钢片，为磁环提供一个产生差模磁通的通路，这种方案不会增加尺寸，也几乎不增加成本，缺点是会牺牲一定的共模感量，但通常应用下，共模感量的余量是比较充裕的。

第二种应用下，差模电流完全依赖储能电容和差模电感，总体来讲，这种设计对于差模分量的滤波能力是很强的，成本也比较低廉，因为差模电感可以使用廉价的工字电感。这种设计主要问题有两个：1）电解电容ESR的特性会导致低温和常温下差模滤波效果不佳，而高温或老化一段时间后裕量会变得充足；2）这种设计增加了C1的浪涌电流压力，也增加了C2的纹波电流压力。由于用于储能的电解电容容量被分配到差模电感两端，当浪涌测试时，绝大多数浪涌电流都被C1吸收，导致C1失效概率增加；另一方面，绝大多数高频分量的纹波电流都被C2吸收，导致正常工作下C2温升会显著高于C1，C2寿命受到影响。

尽管存在上述问题，但利用储能电容构成π型滤波的方式由于差模滤波效果好，无需X电容，成本低，仍然广泛应用在小功率电源产品中。解决上述问题的另一种方法是将C2换成低容量的耐纹波电流能力强的薄膜电容，这样在不降低差模滤波能力的前提下，可以使用大容量的C1增强浪涌电流耐受能力。