AC-DC转换器电磁干扰（EMI）抑制技术

在现代电子设备中，AC-DC转换器作为将交流电转换为直流电的关键组件，其性能直接影响着整个系统的稳定性和可靠性。然而，由于AC-DC转换器内部的高频开关动作，不可避免地会产生电磁干扰(EMI)，对周围电子设备造成不良影响。本文详细探讨了AC-DC转换器电磁干扰的产生原因，并系统介绍了多种有效的抑制技术，包括滤波技术、屏蔽技术、接地技术、优化电路布局与布线、选择低噪声元件以及采用软开关技术等。通过合理应用这些技术，可以显著降低AC-DC转换器的电磁干扰水平，提高其电磁兼容性，确保电子设备的正常运行。

一、引言

AC-DC转换器，作为电子设备中不可或缺的一部分，承担着将交流电转换为直流电的重要任务。然而，随着电子技术的飞速发展，电子设备的工作频率不断提高，AC-DC转换器在转换过程中产生的高频开关动作不可避免地会引发电磁干扰(EMI)。这种干扰不仅会影响AC-DC转换器自身的性能，还可能对周围的其他电子设备造成不良影响，甚至危及整个系统的稳定性和可靠性。因此，研究AC-DC转换器的电磁干扰抑制技术具有重要的现实意义。

二、AC-DC转换器电磁干扰的产生原因

(一)内部因素

开关管的快速开关动作：AC-DC转换器中的开关管在快速开关过程中，会产生很高的电压和电流变化率(dv/dt和di/dt)，从而产生强烈的电磁干扰。

二极管的反向恢复：在开关电源中使用的二极管，在由导通状态到阻断状态的过程中，存在一个反向恢复时间，期间会产生反向电压尖峰和反向恢复电流，这些快速变化的电流和电压也是电磁干扰的重要来源。

磁性元件的电磁辐射：输入滤波电感、功率变压器、隔离变压器、输出滤波电感等磁性元件，在工作过程中会产生电磁场辐射，特别是在负载突切时，会形成电压尖峰，引起电磁干扰。

控制电路中的高频脉冲信号：控制电路中周期性的高频脉冲信号，如振荡器产生的高频脉冲信号，会产生高频高次谐波，对周围电路产生电磁干扰。

(二)外部因素

电网中的谐波干扰：电网中存在的谐波电流和电压会对AC-DC转换器产生干扰。

雷电、太阳噪声等自然因素：雷电、太阳噪声等高能量的电磁干扰，严重时可能会损坏设备。

周围高频发射设备：周围的高频发射设备，如无线电发射机、微波设备等，会产生电磁辐射，对AC-DC转换器造成干扰。

三、AC-DC转换器电磁干扰的抑制技术

(一)滤波技术

滤波技术是抑制AC-DC转换器电磁干扰的重要手段之一。通过在电源线、信号线或电缆上添加滤波器，可以减小高频噪声和电磁辐射。常用的滤波器包括电源线滤波器和射频(RF)滤波器。

电源线滤波器：电源线滤波器通常由电容器、电感器和电阻器等元件组成，能够有效地抑制电源线上的传导干扰。在设计电源线滤波器时，需要根据AC-DC转换器的工作频率和干扰特性，选择合适的滤波器参数，以达到最佳的滤波效果。

射频滤波器：射频滤波器主要用于抑制高频段的电磁干扰，如无线电频率干扰等。它可以通过选择合适的滤波器类型和参数，将特定频率范围内的干扰信号滤除，从而保证AC-DC转换器的正常工作。

(二)屏蔽技术

屏蔽技术是通过将设备或电线包在屏蔽材料中，来减少电磁干扰的方法。屏蔽材料通常是金属或金属合金，如铜、铁、镍、铝等。

静电屏蔽：采用金属材料制成屏蔽体，并接地，以消除两个电路之间由于分布电容耦合产生的电磁干扰。

电磁屏蔽：采用低电阻的金属材料制成屏蔽体，利用屏蔽金属对电磁场产生吸收和反射，以达到屏蔽的目的，防止高频电磁场的干扰。

磁屏蔽：采用高导磁、高饱和的磁性材料制成屏蔽体，吸收或损耗电磁场，以达到屏蔽低频磁场干扰的目的。

在实际应用中，可以根据AC-DC转换器的具体情况，选择合适的屏蔽方式和屏蔽材料，以提高其电磁兼容性。

(三)接地技术

接地技术是将设备或装置本身产生的干扰电流经接地线流入大地的方法，常用于对传导干扰的抑制。

PCB接地：在PCB设计中，应使接地面积尽可能大，以减少发射、串扰和噪声。将每个元器件连接到接地点或接地层，充分利用接地层的中和效果。

系统接地：通过连接所有金属外壳、屏蔽和地线，以降低电磁干扰的影响。系统接地可以有效地将设备内部的干扰电流引入大地，从而减少对周围设备的干扰。

(四)优化电路布局与布线

合理的电路布局和布线可以有效地减少电磁干扰的产生和传播。

减少线路交叉和过长线路：在设计PCB时，应尽量减少线路之间的交叉和过长线路，以降低线路之间的耦合电容和分布互感，从而减少电磁干扰的串扰和辐射。

缩短高频信号线的长度：高频信号线是电磁干扰的主要传播途径之一，缩短高频信号线的长度可以有效地减少其辐射和串扰。

采用分层布线：采用多层PCB设计，将高频信号线、电源线和地线分别布置在不同的层上，可以有效地减少它们之间的干扰。

(五)选择低噪声元件

选择低噪声元件是降低AC-DC转换器电磁干扰的重要措施之一。

低噪声开关管：选择具有低噪声特性的开关管，可以减少开关过程中的电磁干扰。

低噪声二极管：采用反向恢复时间短、反向恢复电流小的低噪声二极管，可以降低二极管反向恢复时产生的电磁干扰。

低噪声磁性元件：选择具有低损耗、低漏感的磁性元件，可以减少磁性元件在工作过程中产生的电磁辐射。

(六)采用软开关技术

软开关技术是一种通过在开关过程中引入谐振电路，使开关管在零电压或零电流条件下开通和关断的技术。采用软开关技术可以有效地降低开关过程中的电压和电流变化率(dv/dt和di/dt)，从而减少电磁干扰的产生。

零电压开关(ZVS)：在开关管开通前，使其两端的电压降为零，然后在零电压条件下开通开关管，可以减少开通过程中的电压尖峰和电磁干扰。

零电流开关(ZCS)：在开关管关断前，使其流过的电流降为零，然后在零电流条件下关断开关管，可以减少关断过程中的电流尖峰和电磁干扰。

四、案例分析

以某款AC-DC转换器为例，该转换器在未采取任何电磁干扰抑制措施时，其电磁干扰水平超过了相关标准的要求。为了降低其电磁干扰水平，采用了以下综合抑制技术：

添加电源线滤波器：在AC-DC转换器的输入端添加了一款合适的电源线滤波器，有效地抑制了电源线上的传导干扰。

采用屏蔽技术：对AC-DC转换器的外壳进行了金属屏蔽处理，并确保屏蔽体良好接地，有效地减少了电磁辐射干扰。

优化电路布局与布线：对PCB进行了重新设计，减少了线路之间的交叉和过长线路，缩短了高频信号线的长度，并采用了分层布线方式，降低了电磁干扰的串扰和辐射。

选择低噪声元件：选用了低噪声的开关管、二极管和磁性元件，降低了开关过程中的电磁干扰。

采用软开关技术：在AC-DC转换器的控制电路中引入了软开关技术，使开关管在零电压或零电流条件下开通和关断，进一步减少了电磁干扰的产生。

经过上述综合抑制技术的应用，该AC-DC转换器的电磁干扰水平显著降低，满足了相关标准的要求，提高了其电磁兼容性。

结论

AC-DC转换器的电磁干扰抑制技术是确保电子设备正常运行的重要保障。通过深入研究AC-DC转换器电磁干扰的产生原因，并采取有效的抑制技术，如滤波技术、屏蔽技术、接地技术、优化电路布局与布线、选择低噪声元件以及采用软开关技术等，可以显著降低AC-DC转换器的电磁干扰水平，提高其电磁兼容性。在实际应用中，应根据AC-DC转换器的具体情况，选择合适的抑制技术和方法，以达到最佳的抑制效果。未来，随着电子技术的不断发展，AC-DC转换器的电磁干扰抑制技术也将不断创新和完善，为电子设备的稳定运行提供更加可靠的保障。