开关电源传导EMI预测技术与降低策略

"该文研究了开关电源设计阶段的传导EMI预测方法，涉及PCB寄生参数提取、频域仿真以及如何降低EMI的策略。文中深入探讨了开关电源的EMI特点，包括差模和共模干扰，并分析了EMI的仿真分析方法，特别是时域仿真面临的挑战。" 开关电源在现代电子设备中扮演着至关重要的角色，但伴随而来的电磁兼容(EMC)问题，尤其是电磁干扰(EMI)，是设计者必须面对的关键挑战。开关电源产生的EMI主要源于其内部功率开关管的高速切换，导致电压和电流变化率急剧，产生大量的高次谐波。这种干扰可分为两类：差模干扰(DM)和共模干扰(CM)。 差模干扰主要由电流变化率(di/dt)引起，通过火线与零线之间的寄生电感形成回路，不经过地线。而共模干扰则主要由电压变化率(dv/dt)造成，噪声电流在火线、零线与地线之间流动。这两类干扰都可能通过传导方式进入电网，影响其他设备的正常工作。 为了在设计阶段预测并控制开关电源的传导EMI，工程师采用PCB及其结构的寄生参数提取技术，通过频域仿真来预测EMI的传播路径。这种方法有助于识别影响EMI的关键因素，进而优化PCB布局和结构设计，遵循基本原则，如减小布线长度、合理安排滤波元件和使用屏蔽结构。 在EMI的仿真分析中，时域仿真通常使用PSPICE或Saber等软件进行，但由于开关电源中非线性元件的存在和电路拓扑的动态变化，可能会遇到仿真不收敛的问题。特别是在处理共模噪声时，由于寄生参数的影响，仿真结果与实验结果可能存在较大差异。因此，需要准确考虑各种时间常数，确保仿真模型的全面性。 降低开关电源传导EMI的方法策略包括：优化开关器件的开关速度，减少dv/dt和di/dt；使用低电磁辐射的元器件；设计有效的滤波网络，如LC滤波器；采用屏蔽和接地技术减少共模噪声；以及通过调整开关频率避开敏感频段。 开关电源设计者需要全面理解EMI的产生机制，熟练掌握预测和仿真技术，结合实际工程经验，制定有效的EMI抑制措施，以实现高效且低EMI的开关电源设计。