电源EMC的整改案例分析

说到EMC 的整改问题，很多工程师都会有很刻记忆：有的工程师认为不是自己设计的电路或自己布的PCB，那别人就对这个电源过EMC 没有更好的方法，还有的一些工程师对电源的IC 的功能情有独钟，他们可以分析出很多的情况，认为是这个IC 的功能影响到了产品的EMC 的指标。从本人做EMC 的整改经验来看不能认同这些朋友的意见。本人从事整改好几年，经手整改过的产品有电源、陆军标的逆变电源、工业电源，也有大功率的LED 电源、音视频产品，对这些产品的工作原理只大略知道，无论如何也比不上专职工程师，但一样可以把这些产品整改符合EMC的要求同时也让各企业满意。

最近帮一个企业整改了一个二十几瓦的电源，本文结合测试的曲线描述整改的经过。

先上一个测试不通过的曲线：上图是传导测试的曲线。

上图是空间辐射的 V 方向曲线

上图是空间辐射的 H 方向的曲线

以上这个电源是一个 25W 左右的开关电源，电源的电路图因为客户原因不方便上传，但可以跟大家先说明一下，此电路用了一个0。1uF 的X 电容和一个30mH 的共模电感。次级输出加了一个50uH 的工字电感。客户整改要求整改方案要能量产。

拿到产品后首先看了一下这个产品发现 MOS 管和双向二极管所带的散热片都是没有接入热地的。（也就是电源初级边的电解电容的负极。变压器内有一层线圈绕制的屏蔽并接入热地。

我的整改方案，如下：

从传导的曲线上 1MHz 前超标的情况可以看出差模电容X 太小了，所以修改了X 电容变成0。22uF。而1-5MHz 之间也超标，所以增加共模电感到50mH ，这项频率超标一般主要是有变压器的漏感造成的。在变压器的外面增加了一个屏蔽铜箔，并接入热地。（同时做了别外一个变压器，去除原变压器内部的屏蔽层，改变了变压器的绕线方式，在变压器的外面做了屏蔽并接入热地用备用）同时将 MOS 管和双向二极管的散热片也接入热地。同时将MOS 管的D、S 两脚间增加了一个101/1KV的电容，做完以上的整改方案后做了一次测试。

曲线见下面：

此图为客户原板上所用变压器，我只在外面增加一个屏蔽层。测试可以通过不过余量很小只有 1dB。显然来能保障批量生产可能造成的不确定性。

下图为空间辐射的曲线 V 方向虽然也能通过但余量也是很小。

下图为 H 方向的曲线，可以看到100-120MHz 段还有超标的情况。

根据以上的情况我做了第二次修改，将变压器更新成我前面提到过的改变了绕线方式的变压器。用我的频谱分析仪重新查看了一产品的变压器的位置和MOS 管的位置。发现MOS 管的位置曲线不是有点高，并且成有规律的波形

于是用频谱分别对 MOS 管的G、D、S 三个脚接触看一下是哪个脚是辐射源，发现D 极的辐射源最大。

于是我在D 极上串了一个通用的插件磁珠。（￠3.5*8）再看MOS 管的频谱曲线如下：

大家可以看到此时 MOS 管的辐射明显减小而且更平稳了一些。于是第二次做了测试。结果如下：

从上图可以看到此时的传导已经非常的好，余量最小的为8.6dB.

上图为 V 方向空间辐射曲线最小余量为8.3dB.

上图为H 方向的曲线余量更大。

经过两次的修改该产品顺利的符合了客户要求的标准测试。最终的整改方案为：

1． 将 MOS 管，双向二极管的散热片面接入电源的热地。

2． 将 X 电容改为0.22uF。

3． 将共模电感改为 50mH.

4． 在 MOS 管的D 线电路的正面串入一个插件的磁珠。去消在D、S 间并接的101 电容。

5． 将变压器的绕线方式改变了一下，取消内部的屏蔽，而在外部加了一个屏蔽层。并接入热地。

小结一下：其实 EMC 的整改主要是电源的整改因为任何产品都要有电源来供电，此处没有处理好一定会影响到其它的地方。不论是什么产品它的辐射或传导主要有这个产品内部的敏感元器件造成的。对于电源产品主要有的敏感元器件就是变压器、MOS 管、二极管。所以只要解决好这三个方面的协调问题EMC 就不难搞定。而解决EMC 的方法概括来说就是：消除干扰源、切除干优传导的途径、疏导干扰源。

a.消除就是用将干扰源通过热能的方式损耗掉，这种是制本的方式。

b.切除干扰传导的途径就是将干扰向外传递的路径切断，使其无法向外干扰，也就是我们常做的滤波，屏蔽等方法。

c.疏导干扰源这种就是将干扰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，以差模为主，1MHz-5MHz，差模和共模共同起作用，5MHz 以后基本上是共模。差模干扰的分容性藕合和感性藕合。一般1MHz以上的干扰是共模，低频段是差摸干扰。用一个电阻串个电容后再并到Y电容的引脚上，用示波器测电阻两引脚的电压可以估测共模干扰。 2、保险过后加差模电感或电阻。 3、小功率电源可采用PI型滤波器处理（建议靠近变压器的电解电容可选用较大些）。

4、前端的π型EMI零件中差模电感只负责低频EMI，体积别选太大（DR8太大，能用电阻型式或DR6更好）否则幅射不好过，必要时可串磁珠，因为高频会直接飞到前端不会跟着线走。 5、传导冷机时在0.15MHz-1MHz超标，热机时就有7dB余量。主要原因是初级BULk电容DF值过大造成的，冷机时ESR比较大，热机时ESR比较小，开关电流在ESR上形成开关电压，它会压在一个电流LN线间流动，这就是差模干扰。解决办法是用ESR低的电解电容或者在两个电解电容之间加一个差模电感。

6、测试150kHz总超标的解决方案：加大X电容看一下能不能下来，如果下来了说明是差模干扰。如果没有太大作用那么是共模干扰，或者把电源线在一个大磁环上绕几圈， 下来了说明是共模干扰。如果干扰曲线后面很好，就减小Y电容，看一下布板是否有问题，或者就在前面加磁环 7、可以加大PFC输入部分的单绕组电感的电感量。 8、PWM线路中的元件将主频调到60kHz左右。 9、用一块铜皮紧贴在变压器磁芯上。

10、共模电感的两边感量不对称，有一边匝数少一匝也可引起传导150kHz-3MHz超标。 11、一般传导的产生有两个主要的点：200kHz和20MHz左右，这几个点也体现了电路的性能;200kHz左右主要是漏感产生的尖刺;20MHz左右主要是电路开关的噪声。处理不好变压器会增加大量的辐射，加屏蔽都没用，辐射过不了。 12、将输入BUCk电容改为低内阻的电容。

13、对于无Y-CAP电源，绕制变压器时先绕初级，再绕辅助绕组并将辅助绕组密绕靠一边，后绕次级。 14、将共模电感上并联一个几k到几十k电阻。 15、将共模电感用铜箔屏蔽后接到大电容的地。 16、在PCB设计时应将共模电感和变压器隔开一点以免互相干扰。 17、保险套磁珠。 18、三线输入的将两根进线接地的Y电容容量从2.2nF减小到471。 19、对于有两级滤波的可将后级0.22uFX电容去掉（有时前后X电容会引起震荡） 

20、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰，改良方法是将此电容用铜泊包起来屏蔽接到地，或者用一块小的PCB将此电容与变压器和PCB隔开。或者将此电容立起来， 也可以用一个小电容代替。

21、对于π型滤波电路有一个BUCk电容躺倒放在PCB上且靠近变压器此电容对传导150kHz-2MHz的L通道有干扰，改良方法是将此电容用一个1uF/400V或者说0.1uF/400V电容代替， 将另外一个电容加大。 22、将共模电感前加一个小的几百uH差模电感。 23、将开关管和散热器用一段铜箔包绕起来，并且铜箔两端短接在一起，再用一根铜线连接到地。

24、将共模电感用一块铜皮包起来再连接到地。 25、将开关管用金属套起来连接到地。 26、加大X2电容只能解决150kHz左右的频段，不能解决20MHz以上的频段，只有在电源输入加以一级镍锌铁氧体黑色磁环，电感量约50uH-1mH。 27、在输入端加大X电容。 28、加大输入端共模电感。 29、将辅助绕组供电二极管反接到地。

30、将辅助绕组供电滤波电容改用瘦长型电解电容或者加大容量。 31、加大输入端滤波电容。 32、150kHz-300kHz和20MHz-30MHz这两处传导都不过，可在共模电路前加一个差模电路。也可以看看接地是否有问题，该接地的地方一定要加强接牢，主板上的地线一定要理顺，不同的地线之间走线一定要顺畅不要互相交错的。 33、在整流桥上并电容，当考虑共模成分时，应该邻角并电容，当考虑差模成分时，应该对角并电容。 34、加大输入端差模电感。

2、产品电磁兼容骚扰源有：

1、设备开关电源的开关回路：骚扰源主频几十kHz到百余kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。

2、设备直流电源的整流回路：工频线性电源工频整流噪声频率上限可延伸到数百kHz；开关电源高频整流噪声频率上限可延伸到数十MHz。

3、电动设备直流电机的电刷噪声：噪声频率上限可延伸到数百MHz。

4、电动设备交流电机的运行噪声：高次谐波可延伸到数十MHz。

5、变频调速电路的骚扰发射：开关调速回路骚扰源频率从几十kHz到几十MHz。

6、设备运行状态切换的开关噪声：由机械或电子开关动作产生的噪声频率上限可延伸到数百MHz。

7、智能控制设备的晶振及数字电路电磁骚扰：骚扰源主频几十kHz到几十MHz，高次谐波可延伸到数百MHz。

8、微波设备的微波泄漏：骚扰源主频数GHz。

9、电磁感应加热设备的电磁骚扰发射：骚扰源主频几十kHz，高次谐波可延伸到数十MHz。

10、电视电声接收设备的高频调谐回路的本振及其谐波：骚扰源主频数十MHz到数百MHz，高次谐波可延伸到数GHz。

11、信息技术设备及各类自动控制设备的数字处理电路：骚扰源主频数十MHz到数百MHz（经内部倍频主频可达数GHz），高次谐波可延伸到十几GHz。

编辑：黄飞