高频开关电源本身存在的电磁搅扰（EMI）问题如果处理欠好，不只简单对电网构成污染，直接影响其他用电设备的正常作业，并且传入空间也易构成电磁污染，由此发生了高频开关电源的电磁兼容（EMC）问题。

文章关键对铁路信号电源屏运用的1200W（24V/50A）高频开关电源模块所存在的电磁搅扰超支问题进行剖析，并提出改进措施。高频开关电源发生的电磁搅扰可分为传导搅扰和辐射搅扰两大类。传导搅扰通过沟通电源传达，频率低于30MHz；辐射搅扰通过空间传达，频率在30～1000MHz。

1高频开关电源的电路结构

高频开关电源的主拓扑电路原理，如图1所示。

2高频开关电源电磁搅扰源的剖析

在图1a电路中的整流器、功率管Q1，在图1b电路中的功率管Q2～Q5、高频变压器T1、输出整流二极管D1～D2都是高频开关电源作业时发生电磁搅扰的首要搅扰源，具体剖析如下。

（1）整流器整流过程发生的高次谐波会沿着电源线发生传导搅扰和辐射搅扰。

（2）开关功率管作业在高频导通和截止的状况，为了下降开关损耗，前进电源功率密度和整体效率，开关管的翻开和关断的速度越来越快，一般在几微秒，开关管以这样的速度翻开和关断，构成了浪涌电压和浪涌电流，会发生高频高压的尖峰谐波，对空间和沟通输入线构成电磁搅扰。

（3）高频变压器T1进行功率转换的一起，发生了交变的电磁场，向空间辐射电磁波，构成了辐射搅扰。变压器的分布电感和电容发生振动，并通过变压器初次级之间的分布电容耦合到沟通输入回路，构成传导搅扰。

（4）在输出电压比较低的情况下，输出整流二极管工作在高频开关状态，也是一种电磁搅扰源。

因为二极管的引线寄生电感、结电容的存在以及反向恢复电流的影响，使之工作在很高的电压和电流变化率下，二极管反向恢复的时间越长，则尖峰电流的影响也越大，搅扰信号就越强，由此发生高频衰减振动，这是一种差模传导搅扰。

一切发生的这些电磁信号，通过电源线、信号线、接地线等金属导线传输到外部电源形成传导搅扰。通过导线和器材辐射或通过充当天线的互连线辐射的搅扰信号形成辐射搅扰。

3针对高频开关电源电磁搅扰的电磁兼容规划

（1）开关电源进口加电源滤波器，按捺开关电源所发生的高次谐波。

（2）输入输出电源线上加铁氧体磁环，一方面按捺电源线内的高频共模，另一方面减小通过电源线辐射的搅扰能量。

（3）电源线尽可能接近地线，以减小差模辐射的环路面积；把输入沟通电源线和输出直流电源线分开走线，减小输入输出间的电磁耦合；信号线远离电源线，接近地线走线，并且走线不要过长，以减小回路的环面积；PCB板上的线条宽度不能骤变，角落采用圆弧过渡，尽量不采用直角或尖角。

（4）对芯片和MOS开关管装置去耦电容，其方位尽可能地接近并联在器材的电源和接地管脚。

（5）因为接地导线存在Ldi/dt，PCB板和机壳间接地采用铜柱衔接，对不适合用铜柱衔接的采用较粗的导线，并就近接地。

（6）在开关管以及输出整流二极管两头加RC吸收电路，吸收浪涌电压。

4高频开关电源电磁搅扰测验曲线

在3m法电波暗室对试验样机进行测验，其L、N线的传导搅扰检测曲线如图2、3所示，辐射搅扰的垂直极化扫描曲线如图4、5所示。

依据铁路客运专线规范规定，传导搅扰限值和辐射搅扰限值如表1、2所示。

本开关电源 通过了传导搅扰的测验，测验波形如图2、3所示。辐射搅扰高频段230～1000MHz也测验合格，如图5所示。只是在30～200MHz频段范围内的垂直极化指标超支， 超支20dB，如图4所示。

由测验成果能够看出，通过电磁兼容规划在传导搅扰按捺方面取得了杰出作用，在高频段辐射搅扰的规划也达到了预期作用，下面还需对在30～200MHz频段范围内的辐射搅扰进行改进规划。

由图4能够看出，本开关电源存在辐射搅扰超支的现象，为了按捺电磁搅扰而使用铁氧体元件，价格便宜，作用显着。

铁氧体元件等效电路是电感L和电阻R组成的串联电路，L和R都是频率的函数。低频时，R很小，L起主要作用，电磁搅扰被反射而受到按捺；高频时，R增大，电磁搅扰被吸收并转换成热能，使高频搅扰大大衰减。不同的铁氧体按捺元件，有不同的 按捺频率范围。总归，选择和装置铁氧体元件可参照如下几条：

（1）铁氧体的体积越大，按捺作用越好；

（2）在体积一守时，长而细的形状比短而粗的按捺作用好；

（3）内径越小按捺作用也越好；

（4）横截面越大，越不易饱和；

（5）磁导率越高，按捺的频率就越低；

（6）铁氧体按捺元件应当装置在接近搅扰源的地方；

（7）在输入、输出导线上装置时，应尽量接近屏蔽壳的进、出口处。

依据上面对高频开关电源搅扰源和铁氧体元件的剖析，决定在接近搅扰源的地方套磁珠与磁环。

图1a中电容C1的接地端套铁氧体磁珠（φ3.5×φ1.3×3.5），图1b中整流二极管D1和D2使用肖特基二极管，其阳极套铁氧体磁珠（φ3.5×φ1.3×3.5），直流输出线缆用铁氧体磁环（φ13.5×φ7.5×7）绕两圈且接近出口处。通过处理后从头测验，其扫描曲线如图6所示。

由此可见，大部分频段的辐射搅扰已被按捺到规范要求以下，但在频率81、138、165kHz附近处依然超支。

依据对开关电源电磁搅扰源的剖析可知，在图1b电路中高频变压器T1也是一个搅扰源。为了阻止高频变压器发生的搅扰信号以辐射方式发射，把变压器的外壳用屏蔽材料铜箔环绕一圈构成一回路加以屏蔽，以切断变压器通过空间耦合形成的辐射搅扰传达途径。

并且为了减少因变压器侧注册时电流瞬间骤变发生的di／dt搅扰，在变压器T1的 侧串进1个电感，以减小器材的注册损耗，下降辐射搅扰信号。通过整改后，辐射搅扰大大下降，再次对本电源辐射搅扰进行测验，彻底达到了规范要求，其测验成果如图7所示。

5随着高频开关电源等电子产品电磁兼容重要性的凸现，咱们应该在产品规划初期阶段，一起进行电磁兼容规划，此刻结构和电路方案尚未定型，可选用的方法较多。

如果比及出产阶段再去解决，不光给技术和工艺上带来很大难度，并且会形成人力、财力和时间的极大糟蹋。所以，要走出规划修改法的误区，正确运用系统规划法。

与EMI相关的因素多且复杂，仅做到上述的几点措施是远远不够的，还有接地技术、PCB布局走线等都很重要。电磁兼容的规划任重而道远，咱们要不断进行研究探索，使我国的电子产品电磁兼容水平与世界同步。