原標(biāo)題：降低電源產(chǎn)品EMI的方法

電源產(chǎn)品（如開關(guān)電源、DC-DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器）是電磁干擾（EMI）的主要源頭，其高頻開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的傳導(dǎo)/輻射噪聲可能影響周邊設(shè)備（如通信模塊、傳感器）的正常運(yùn)行。以下從原理分析、技術(shù)手段、工程實(shí)踐三個(gè)維度，系統(tǒng)梳理降低EMI的方法，并附關(guān)鍵參數(shù)與案例說明。

一、EMI干擾源與傳播路徑分析

1. 干擾源類型

2. 傳播路徑

• 傳導(dǎo)干擾（Conducted）：通過電源線、信號(hào)線傳播（如共模/差模噪聲）。

• 輻射干擾（Radiated）：通過空間電磁場(chǎng)耦合（如PCB走線環(huán)路、變壓器漏磁）。

二、系統(tǒng)化EMI抑制技術(shù)

1. 電路設(shè)計(jì)優(yōu)化

2. 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改進(jìn)

• 多相交錯(cuò)并聯(lián)：

• 原理：將單相高頻開關(guān)（如Buck）分解為多相錯(cuò)相工作（如3相交錯(cuò)，相位差120°）。

• 效果：輸入電流紋波頻率提升N倍（如3相→300kHz），降低傳導(dǎo)噪聲10dB以上。

• 適用場(chǎng)景：高功率密度電源（如服務(wù)器PSU、電動(dòng)汽車OBC）。

• 諧振變換器（LLC/CLLC）：

• 原理：利用諧振腔實(shí)現(xiàn)開關(guān)管零電壓/電流切換，消除硬開關(guān)噪聲。

• 效果：EMI噪聲較傳統(tǒng)PWM方案降低30dB，效率提升3%~5%。

• 適用場(chǎng)景：48V~12V通信電源、光伏逆變器。

三、PCB與布局優(yōu)化

1. 關(guān)鍵設(shè)計(jì)規(guī)則

2. 典型PCB案例

• 案例1：兩層板EMI優(yōu)化

• 原始設(shè)計(jì)：開關(guān)管與輸入電容間距15mm，走線長(zhǎng)度>3cm。

• 優(yōu)化后：環(huán)路面積縮小至5mm×5mm，噪聲降低12dB（實(shí)測(cè)）。

• 案例2：四層板分層策略

• 分層方案：TOP（信號(hào)層）、GND（完整地平面）、PWR（功率層）、BOTTOM（信號(hào)層）。

• 效果：輻射噪聲較兩層板降低20dB，通過CISPR 22 Class B測(cè)試。

四、濾波與屏蔽技術(shù)

1. 輸入濾波器設(shè)計(jì)

典型組合：

• 一級(jí)濾波：共模扼流圈（10mH）+ X電容（0.47μF）+ Y電容（2.2nF×2）。

• 效果：傳導(dǎo)噪聲降低25dB（150kHz~30MHz），通過EN 55032 Class B。

2. 屏蔽與接地技術(shù)

• 金屬外殼屏蔽：

• 材料：鍍鋅鋼板（厚度≥0.8mm）或鋁合金（厚度≥1.5mm）。

• 接地方式：外殼與PCB地平面通過彈簧片/導(dǎo)電膠連接，接觸電阻<10mΩ。

• 效果：輻射噪聲降低15dB（30MHz~1GHz），通過FCC Part 15B。

• 變壓器屏蔽層：

• 結(jié)構(gòu)：銅箔包裹變壓器初級(jí)/次級(jí)繞組，接地至PCB地平面。

• 效果：降低變壓器漏磁通輻射噪聲10dB（1MHz~30MHz）。

五、測(cè)試與驗(yàn)證方法

1. 傳導(dǎo)噪聲測(cè)試（CISPR 22）

• 測(cè)試設(shè)備：LISN（線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)）、頻譜分析儀。

• 合格標(biāo)準(zhǔn)：Class B限值（準(zhǔn)峰值/平均值）：

• 150kHz~30MHz：<56dBμV（準(zhǔn)峰值），<46dBμV（平均值）。

2. 輻射噪聲測(cè)試（FCC Part 15B）

• 測(cè)試場(chǎng)地：3m法/10m法半電波暗室。

• 合格標(biāo)準(zhǔn)：Class B限值（30MHz~1GHz）：<40dBμV/m（準(zhǔn)峰值）。

3. 調(diào)試技巧

• 近場(chǎng)探頭定位干擾源：

• 工具：H場(chǎng)/E場(chǎng)近場(chǎng)探頭（如EMCO 3101）。

• 步驟：掃描PCB/變壓器/開關(guān)管區(qū)域，定位噪聲峰值點(diǎn)（如>100mV）。

• 頻譜分析儀參數(shù)設(shè)置：

• RBW（分辨率帶寬）：10kHz（傳導(dǎo)噪聲）、1MHz（輻射噪聲）。

• VBW（視頻帶寬）：RBW的1/10，減少噪聲波動(dòng)。

六、成本與效率平衡方案

1. 低成本方案（消費(fèi)級(jí)電源）

• 技術(shù)組合：

• 同步整流（SR）+ 差模X電容（0.47μF）+ 共模扼流圈（10mH）。

• PCB單點(diǎn)接地，環(huán)路面積<5mm×5mm。

• 效果：通過EN 55032 Class B，成本增加<10%。

2. 高性能方案（工業(yè)/醫(yī)療電源）

• 技術(shù)組合：

• LLC諧振拓?fù)?+ 軟開關(guān) + 多相交錯(cuò)并聯(lián) + 金屬外殼屏蔽。

• 輸入濾波器：CM Choke（20mH）+ X電容（1μF）+ Y電容（10nF×2）。

• 效果：通過FCC Part 15B Class A，EMI余量>10dB，成本增加30%~50%。

七、總結(jié)與推薦

1. 優(yōu)先順序：

• 拓?fù)鋬?yōu)化（如LLC諧振）> 濾波設(shè)計(jì) > PCB布局 > 屏蔽接地。

2. 快速驗(yàn)證：

• 使用近場(chǎng)探頭定位干擾源，調(diào)整PCB環(huán)路或?yàn)V波器參數(shù)。

3. 合規(guī)建議：

• 工業(yè)/醫(yī)療電源需預(yù)留10dB以上EMI余量，避免認(rèn)證風(fēng)險(xiǎn)。

一句話結(jié)論：

• 低成本場(chǎng)景：采用同步整流+差模濾波+單點(diǎn)接地，可滿足消費(fèi)級(jí)EMI標(biāo)準(zhǔn)；

• 高可靠性場(chǎng)景：優(yōu)先選擇諧振拓?fù)?多相交錯(cuò)+金屬屏蔽，確保工業(yè)/醫(yī)療級(jí)EMI余量。