本文研究監(jiān)控電磁干擾（EMI）的原則和規(guī)定，以及開關(guān)電源產(chǎn)生的噪聲類型，并提供減緩EMI的基本指南，包括安裝在其他設(shè)備中以做為更大系統(tǒng)的一部分，或是做為單獨(dú)的應(yīng)用。

開關(guān)電源和EMC標(biāo)準(zhǔn)

開關(guān)電源是一通用的術(shù)語，描述帶有可將直流電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓的電源，而此處轉(zhuǎn)換后的交流電壓還可再進(jìn)一步處理成為另一個直流電壓。

開關(guān)電源可以分為交流對直流電源（交流—輸入）或直流對直流轉(zhuǎn)換器（直流輸入），兩者都具有把直流轉(zhuǎn)換為交流的功能，以便改變電壓。開關(guān)電源因其內(nèi)在的設(shè)計特點(diǎn)，會產(chǎn)生由多頻訊號組成的電磁干擾。

直流對交流轉(zhuǎn)換器將輸入直流電壓轉(zhuǎn)化為可通過變壓器升壓或降壓的交流電壓。交流對直流電源還可利用高頻電路來轉(zhuǎn)換電壓。但是，在任何一種情況中，內(nèi)部交流電壓并不是純正弦波，而經(jīng)常是可由傅立葉級數(shù)表示的矩形波，由具有諧波相關(guān)頻率的許多正弦波的代數(shù)和（Algebraic Sum）組成。

這些多頻訊號是傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射的來源，會干擾安裝電源的設(shè)備及附近的頻率敏感設(shè)備。

電子設(shè)備開發(fā)須符合各國EMI標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)由有目的的發(fā)射電磁場，電磁譜已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于廣播、電訊和數(shù)據(jù)通訊等領(lǐng)域。為保護(hù)電磁譜和確保所搭配的電氣電子系統(tǒng)兼容性，監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)制定電子設(shè)備中傳導(dǎo)和輻射EMI的控制標(biāo)準(zhǔn)。

CISPR 22是歐洲地區(qū)其中一個主要的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，獲得歐洲共同體中大多數(shù)的國家采用，而美國聯(lián)邦通訊委員會（FCC）是美國的監(jiān)管機(jī)構(gòu)。FCC的第15部分規(guī)則將數(shù)字電子設(shè)備分為A類（用于商業(yè)、工業(yè)或營業(yè)環(huán)境）和B類（用于居住環(huán)境）。由于B類設(shè)備布置在家庭中其他電子設(shè)備附近的可能性更大，因此其發(fā)射（Emission）標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。

CISPR 22法規(guī)已與FCC標(biāo)準(zhǔn)相互協(xié)調(diào)，除少數(shù)例外情況，現(xiàn)可對數(shù)字的電子設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證。協(xié)調(diào)化要求傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射采用同一標(biāo)準(zhǔn)。因為CISPR 22對1GHz以上的頻率并未規(guī)定限值，所以1GHz以上的測定必須符合FCC規(guī)則和限值要求，而FCC第15部分和CISPR 22規(guī)定頻率的傳導(dǎo)/輻射發(fā)射限值，彼此僅相差幾dB而已。

EMC測試和符合性須遵守ANSI規(guī)范

電磁兼容性（EMC）測試和符合性（Compliance）須按照ANSI標(biāo)準(zhǔn)定義的測試程序執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)并不包括與通用或指定產(chǎn)品有關(guān)的傳導(dǎo)和輻射發(fā)射限值。

值得注意的是，測試是針對整個系統(tǒng)，并非僅針對電源模塊，即使外部電源做為獨(dú)立產(chǎn)品符合規(guī)定，也需要與整個終端系統(tǒng)一起進(jìn)行測試。

EMI/EMC基本來源和相關(guān)頻率

EMI首先可分為瞬態(tài)的干擾或連續(xù)的干擾。當(dāng)源發(fā)射持續(xù)時間短的能量脈沖而不是連續(xù)訊號時，便會產(chǎn)生瞬態(tài)EMI。源包括開關(guān)電氣線路，以及靜電放電（ESD）、閃電及電力線浪涌。電動機(jī)、汽油發(fā)電機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)及連續(xù)數(shù)字電路開關(guān)可以使得瞬態(tài)EMI重復(fù)發(fā)生。

連續(xù)干擾可以根據(jù)頻帶進(jìn)一步細(xì)分，幾10Hz至20kHz頻率被歸為音頻，而射頻干擾（RFI）發(fā)生在20kHz及以上頻帶。

EMI耦合

耦合通過傳導(dǎo)、輻射或感測而產(chǎn)生。傳導(dǎo)的EMI發(fā)射可高達(dá)30MHz。頻率低于5MHz以下的電流，大多數(shù)是差模（Differential Mode）電流，而高于5MHz的電流通常是共模（Common Mode）電流（圖1）。

圖1 差模和共模的定義

差模電流是一兩線對（Two Wire Pair）上的預(yù)期電流，也就是離開線路源端和回到線路返回端的電流。測試人員可以根據(jù)相對指定參考點(diǎn)來測量每條線路的噪聲，差模電流通過電源線，在開關(guān)電源和它的源或負(fù)載之間流動，而這些電流與地面無關(guān)。

共模電流通過電源線在同一方向進(jìn)出開關(guān)電源，并通過地面回到它的源。在許多情況下，共模噪聲是通過電路中的寄生電容來傳導(dǎo)的，但也可流經(jīng)外殼和地面之間的電容。

當(dāng)源和接收器（受影響設(shè)備）作為無線電天線使用時，便會發(fā)生輻射耦合。此時，源輻射出的電磁波會穿過開闊空間，在源和受影響設(shè)備之間傳播，并被受影響設(shè)備所接收。

相對傳導(dǎo)耦合或輻射耦合來說，電感耦合（電或磁耦合）比較少見，電感耦合會發(fā)生在源和接收器之間距離較短之處。

當(dāng)兩個相鄰導(dǎo)體間存在變化的電場，導(dǎo)致間隙處電壓發(fā)生變化，便會發(fā)生電感測；而當(dāng)兩個平行導(dǎo)體之間有一變化的磁場，導(dǎo)致沿著接收導(dǎo)體出現(xiàn)電壓變化，則會發(fā)生磁感測。

一般而言，要清楚明白EMI問題的表征，須要從電學(xué)上及功能故障的意義上來了解干擾源和訊號、到達(dá)受影響設(shè)備的耦合路徑及受影響設(shè)備的特性。在本質(zhì)上，由于威脅所導(dǎo)致的風(fēng)險通常是統(tǒng)計學(xué)，因此，威脅表征和標(biāo)準(zhǔn)制定的許多工作，都是建基于將破壞性EMI發(fā)生的可能性降低到可以接受的程度，而不是確保消除EMI。

傳導(dǎo)EMI

為了有效地讓傳導(dǎo)發(fā)射緩和下來，必須分別解決差模噪聲和共模噪聲的問題。

在開關(guān)電源電力線和返回線之間直接連接旁路電容器的做法，通常可抑制差模噪聲（圖2）。位于開關(guān)電源輸入或輸出處的電力線可能需要濾波，為實現(xiàn)最佳效果，這些線路上的旁路電容器要放在噪聲產(chǎn)生源的末端附近。

圖2 差模濾波器示意圖

在噪聲產(chǎn)生源的基本開關(guān)頻率附近，低頻差模電流的衰減要求要有較高的旁路電容值，這意味著陶瓷電容器就不適用。22微法拉（μF）以下的陶瓷電容器只適合過濾開關(guān)電源的較低電壓輸出，但不適合那些有100伏特（V）浪涌的電源。此時應(yīng)采用額定電容和電壓較高的電解電容器。

為同時適合衰減較低的基本開關(guān)頻率及較高諧波頻率的差模電流，差模輸入濾波器通常是由電解電容器和陶瓷電容器所組成。

增加一個與主電源串聯(lián)的傳感器，與旁路電容器一起形成--單級L-C差模低通濾波器，可以進(jìn)一步抑制差模電流。

另一方面，在開關(guān)電源的每根電力線和地面間連接旁路電容器，便可有效抑制共模傳導(dǎo)電流，這些電力線可以位于開關(guān)電源的輸入或輸出處。

藉由增加一對與每個主電源串聯(lián)的耦合扼流（Choke）傳感器，可進(jìn)一步抑制共模電流（圖3）。耦合扼流傳感器的高阻抗迫使共模電流流過旁路電容器。

圖3 共模濾波器示意圖

RF阻抗及天線環(huán)路面積減少可抑制輻射EMI

降低射頻（RF）阻抗及減少天線環(huán)路面積可以抑制輻射出的EMI（圖4）。將電力線和其返回路線所形成的閉合環(huán)路面積減到最小，便可達(dá)成此一目標(biāo)。

圖4 縮小天線環(huán)路面積以降低輻射發(fā)射

將印刷電路板跡線的寬度盡可能地變寬，并將它與其返回路線并聯(lián)連接，便可以將跡線的電感降到最低。同樣地，由于線環(huán)（Wire Loop）的阻抗與其面積成比例，所以縮小電力線與其返回路線之間的面積，可以進(jìn)一步降低其阻抗。

在多片印刷電路板內(nèi)，將相鄰印刷電路板層上的電力線與返回路線這兩者中的一個放在另一個上方，便可將電力線與返回路線間的面積有效地縮小?？s小電力線及其返回路線間的環(huán)路面積，不僅降低RF阻抗，而且由于環(huán)路面積越小，產(chǎn)生的電磁場也越低，還會限制天線的有效性。

此外，位于印刷電路板外表面的接地層可顯著地抑制輻射EMI，尤其是直接位于噪聲產(chǎn)生源下面。

為進(jìn)一步降低輻射噪聲，可以采用金屬屏蔽將噪聲產(chǎn)生源放在接地的導(dǎo)電外殼內(nèi)，并通過管線過濾器（In-line Filter）與干凈的外部環(huán)境介接。共模旁路電容器也需要返回導(dǎo)電外殼上的接地。

系統(tǒng)級EMI減輕技術(shù)

雖然大多數(shù)的開關(guān)電源會設(shè)計成獨(dú)立的模塊以滿足適用的EMI標(biāo)準(zhǔn)，但是為了滿足監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)的要求，系統(tǒng)本身的設(shè)計也要將其所產(chǎn)生的EMI減到最少。在系統(tǒng)設(shè)計中要考慮抑制EMI的特定區(qū)域，包括訊號線、印刷電路板（PCB）和固態(tài)組件。

開關(guān)電源因為其固有的設(shè)計特性而會產(chǎn)生EMI。國內(nèi)、外監(jiān)管機(jī)構(gòu)藉由頒布規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)來監(jiān)管這些發(fā)射（Emission）問題，如FCC第15部分規(guī)則和CISPR 22標(biāo)準(zhǔn)。

電源模塊是一個系統(tǒng)內(nèi)許多部件中的一個，而對輻射和傳導(dǎo)EMI的要求則適用于整個電子系統(tǒng)。由于EMI要求適用于整個系統(tǒng)，所以要花很大的心思在系統(tǒng)設(shè)計上，以限制噪聲。