教你如何通俗理解开关电源EMI

先简单介绍一下下EMI：EMI翻译成中文就是电磁干扰。其实所有的电器设备，都会有电磁干扰。只不过严重程度各有不同。电磁干扰会影响各种电器设备的正常工作，会干扰通信数据的正常传递，虽然对人体的伤害尚无定论，但是普遍认为对人体不利。所以很多国家和地区对电器的电磁干扰程度有严格的规定。当然电源也不例外的，所以我们有理由好好了解EMI以及其抑制方法。
   下面结合一些专家的文献来描述EMI.
   首先EMI 有三个基本面
   
   噪音源：发射干扰的源头， 如同传染病的传染源
   耦合途径：传播干扰的载体，如同传染病传播的载体，食物，水，空气.......
   接收器：被干扰的对象，被传染的人。
   缺少一样，电磁干扰就不成立了。所以，降低电磁干扰的危害，也有三种办法：
   1. 从源头抑制干扰。
   2.切断传播途径
   3.增强抵抗力，这个就是所谓的EMC（电磁兼容）
   解释以下名词：
   传导干扰：也就是噪音通过导线传递的方式。
   辐射干扰：也就是噪音通过空间辐射的方式传递。
   差模干扰：由于电路中的自身电势差，电流所产成的干扰，比如火线和零线，正极和负极。
   共模干扰：由于电路和大地之间的电势差，电流所产生的干扰。
   通常我们去实验室测试的项目：
   传导发射：测试你的电源通过传导发射出去的干扰是否合格。
   辐射发射：测试你的电源通过辐射发射出去的干扰是否合格。
   传导抗扰：在具有传导干扰的环境中，你的电源能否正常工作。
   辐射抗扰：在具有辐射干扰的环境中，你的电源能否正常工作。
   首先来看，噪音的源头：
   任何周期性的电压和电流都能通过傅立叶分解的方法，分解为各种频率的正弦波。
   所以在测试干扰的时候，需要测试各种频率下的噪音强度。
   那么在开关电源中，这些噪音的来源是什么呢？
   
    开关电源中，由于开关器件在周期性的开合，所以，电路中的电流和电压也是周期性的在变化。那么那些变化的电流和电压，就是噪音的真正源头。那么有人可能会问，我的开关频率是100KHz的，但是为什么测试出来的噪音，从几百K到几百M都有呢？
   我们把同等有效值，同等频率的各种波形做快速傅立叶分析：
   
    蓝色： 正弦波
   绿色：  三角波
   红色： 方波
   可以看到，正弦波只有基波分量，但是三角波和方波含有高次谐波，谐波最大的是方波。
   也就是说如果电流或者电压波形，是非正弦波的信号，都能分解出高次谐波。
   那么如果同样的方波，但是上升下降时间不同，会怎样呢。
   同样是100KHz的方波
   
    红色：上升下降时间都为100ns
   绿色：上升下降时间都为500ns
   可以看到红色的高次谐波明显大于绿色。
   我们继续分析下面两种波形，
   A: 有严重高频震荡的方波， 比如MOS，二极管上的电压波形。
   B:用吸收电路，把方波的高频振荡吸收一下。
   
   分别做快速傅立叶分析：
   
   可以看到在振荡频率（大概30M）之后，A波形的谐波，要大于B波形。
   再来看，下面的波形，一个是具有导通尖峰的电流波形，一个没有导通尖峰。
   
    对两个波形做傅立叶分析：
   
    可以看到红色波形的高次谐波，要大于绿色波形，继续对两个波形，作分析
   红色: 固定频率的信号，绿色：具有稍微频率抖动的信号
   
   
可以看到，频率抖动，可以降低低频段能量。进一步，放大低频段的频谱能量：
   
    可以看到，频率抖动就是把频谱能量分散了，而固定频率的频谱能量，集中在基波的谐波频率点，所以峰值比较高，容易超标。
   最后稍微总结一下，如果从源头来抑制EMI。
   1.对于开关频率的选择，比如传导测试150K-30M,那么在条件容许的情况下，可选择130K之类的开关频率，这样基波频率可以避开测试。
   2.采用频率抖动的技术。频率抖动可以分散能量，对低频段的EMI有好处。
   3.适当降低开关速度，降低开关速度，可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。对高频段的EMI有好处。
   4.采用软开关技术，比如PSFB，AHB之类的ZVS可以降低开关时刻的di/dt,dv/dt。对高频段的EMI有好处。而LLC等谐振技术，可以让一些波形变成正弦波，进一步降低EMI。
   5.对一些振荡尖峰做吸收，这些管子上的振荡，往往频率很高，会发射很大的EMI.
   6.采用反向恢复好的二极管，二极管的反向恢复电流，不但会带来高di/dt.还会和漏感等寄生电感共同造成高的dv/dt.
   但事实上，开关电源是EMI发射源无法根本解决。而且一些从源头抑制EMI的方法同时会降低效率，所以从传播途径来抑制EMI显得尤为重要。
   下面来看一下传播途径，这个是poon & Pong 两位教授总结的传播途径，比较的直观全面 。