如何解決適配器設計中的EMI難題

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如何解決適配器設計中的EMI難題

電磁干擾（EMI）是指任何在傳導或電磁場伴隨著電壓、電流的作用而產生會降低某個裝置、設備或系統的性能，或產生不良影響的電磁現象。
適配器電磁干擾，工程師要考慮的主要方面有：電路措施、EMI濾波、元器件選擇、屏蔽和印制電路板抗干擾設計等。
對于設計適配器的工程師來說，電磁干擾問題是一直存在于設計中的一個關鍵問題。如何能解決這個問題？
要解決LED驅動電源的電磁干擾問題，可從以下幾個方面入手。

1.減少電源本身的干擾
①軟開關技術：在原有的硬開關電路中增加電感和電容元件，利用電感和電容的諧振，降低開關過程中的du/dt和di/dt，使開關器件開通時電壓的下降先于電流的上升，或關斷時電流的下降先于電壓的上升，來消除電壓和電流的重疊。
②開關頻率調制技術：通過調制開關頻率fc，把集中在fc及其諧波2fc、3fc…上的能量分散到它們周圍的頻帶上，以降低各個頻點上的EMI幅值。
③元器件的選擇：選擇不易產生噪聲、不易傳導和輻射噪聲的元器件。通常特別值得注意的是，二極管和變壓器等繞組類元器件的選用。反向恢復電流小、恢復時間短的快速恢復二極管是電源高頻整流部分的理想器件。
④ 合理使用電磁干擾濾波器：EMI濾波器的主要目的之一，電網噪聲是電磁干擾的一種，它屬于射頻干擾(RFI),其傳導噪聲的頻譜大致為10KHz~30MHz，最高可達150MHz。

在一般情況下，差模干擾幅度小，頻率低，所造成的干擾較小;共模干擾幅度大，頻率高，還可以通過導線產生輻射，所造成的干擾較大。欲削弱傳導干擾，最有效的方法就是在電源輸入和輸出電路中加裝電磁干擾濾波器。
適配器一般采用簡易式單級EMI濾波器，主要包括共模扼流圈和濾波電容。下圖1為常用的適配器濾波器，L、C1和C2用來濾除共模干擾，C3和C4濾除串模干擾。當出現共模干擾時，由于L中兩個線圈的磁通方向相同，經過耦合后總電感量迅速增大，因此對共模信號呈現很大的感抗，使之不容易通過，故稱作共模扼流圈。它的兩個線圈分別繞在低損耗、高導磁率的鐵氧體磁環上。R為泄放電阻，可將C3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性，斷電后還能使電源的進線端L、N不帶電，保證使用的安全性。

圖1：常用的桌上型電源適配器濾波器

⑤ EMI濾波器能有效抑制電源適配器的電磁干擾
圖2中曲線a為不加EMI濾波器時電源適配器上0.15MHz~30MHz傳導噪聲的波形。
曲線 b是加入EMI濾波器后的波形，它能將電磁干擾衰減50分貝(Uv)~70分貝(uV)。顯然，插入EMI濾波器的效果更佳。
設置電磁干擾濾波器加入前后傳輸到負載上的噪聲電壓分別為U1和U2，計算公式是20lgU1/U2。
插入損耗用分貝dB表示，分貝值愈大，說明抑制噪聲干擾的能力愈強。

測量加入損耗的電路如圖3所示。e是噪聲信號發生器，Zi是信號源的內部阻抗，ZL是負載阻抗，一般取50歐姆。噪聲頻率范圍可選10KHz~30MHz。首先要在不同頻率下分別測出加入EMI濾波器前后負載兩端的噪聲壓降U1、U2，再代入公式20lgU1/U2計算出每個頻點的插入損耗值，最后匯出插入損耗曲線。