中心議題：

• 四種抑製開關管及二極管EMI的方法

解決方案：

• 並聯RC吸收電路和串聯可飽和磁芯線圈主要抑製高電壓和浪湧電流
• 準諧振技術主要減小開關管上的開關損耗並抑製其電磁幹擾
• LLC串聯諧振技術可以抑製開關管及二極管EMI

摘要：隨著電子技術的不斷進步,開關電源向高頻化
、高效化方向迅猛發展
，EMI抑製已成為開關電源設計的重要指標。本文結合開關電源中開關管及二極管EMI產生機理
，列舉出：並接吸收電路、串接可飽和磁芯線圈、傳統準諧振技術、LLC串聯諧振技術四種抑製EMI的方法，並對其抑製效果進行比較分析。

1 引言
電磁幹擾( EMI) 就是電磁兼容不足,是破壞性電磁能從一個電子設備通過傳導或輻射到另一個電子設備的過程。近年來，開關電源以其頻率高、效率高、體積小、輸出穩定等優點而迅速發展起來。開關電源已逐步取代了線性穩壓電源
，廣泛應用於計算機、通信、自控係統
、家用電器等領域。但是由於開關電源工作在高頻狀態及其高di/dt和高dv/dt，使開關電源存在非常突出的缺點——容易產生比較強的電磁幹擾(EMI)信號。EMIxinhaobudanjuyouhenkuandepinlvfanwei
，haijuyouyidingdefudu
，jingchuandaohefushehuiwurandiancihuanjing，duitongxinshebeihedianzichanpinzaochengganrao。suoyi
，ruhejiangdishenzhixiaochukaiguandianyuanzhongdeEMI問題已經成為開關電源設計師們非常關注的問題。本文著重介紹開關電源中開關管及二極管EMI的四種抑製方法。 2 開關管及二極管EMI產生機理
kaiguanguangongzuozaiyingkaiguantiaojianxiakaiguandianyuanzishenchanshengdianciganraodegenbenyuanyin
，jiushizaiqigongzuoguochengzhongdekaiguanguandegaosukaiguanjizhengliuerjiguandefanxianghuifuchanshenggaodi/dt和高dv/dt，它們產生的浪湧電流和尖峰電壓形成了幹擾源。開關管工作在硬開關時還會產生高di/dt和高dv/dt

，從而產生大的電磁幹擾。圖1繪hui出chu了le接jie感gan性xing負fu載zai時shi，開kai關guan管guan工gong作zuo在zai硬ying開kai關guan條tiao件jian下xia的de開kai關guan管guan的de開kai關guan軌gui跡ji
，圖tu中zhong虛xu線xian為wei雙shuang極ji性xing晶jing體ti管guan的de安an全quan工gong作zuo區qu

，如ru果guo不bu改gai善shan開kai關guan管guan的de開kai關guan條tiao件jian，其qi開kai關guan軌gui跡ji很hen可ke能neng會hui超chao出chu安an全quan工gong作zuo區qu，導dao致zhi開kai關guan管guan的de損sun壞huai。由you於yu開kai關guan管guan的de高gao速su開kai關guan，使shi得de開kai關guan電dian源yuan中zhong的de高gao頻pin變bian壓ya器qi或huo儲chu能neng電dian感gan等deng感gan性xing負fu載zai在zai開kai關guan管guan導dao通tong的de瞬shun間jian
，迫po使shi變bian壓ya器qi的de初chu級ji出chu現xian很hen大da的de浪lang湧yong電dian流liu，將jiang造zao成cheng尖jian峰feng電dian壓ya。開kai關guan管guan在zai截jie止zhi期qi間jian
，高gao頻pin變bian壓ya器qi繞rao組zu的de漏lou感gan引yin起qi的de電dian流liu突tu變bian，從cong而er產chan生sheng反fan電dian勢shiE=-Ldi/dt，其值與電流變化率(di/dt)成cheng正zheng比bi，與yu漏lou感gan量liang成cheng正zheng比bi
，疊die加jia在zai關guan斷duan電dian壓ya上shang形xing成cheng關guan斷duan電dian壓ya尖jian峰feng，從cong而er形xing成cheng電dian磁ci幹gan擾rao。此ci外wai，開kai關guan管guan上shang的de反fan向xiang並bing聯lian二er極ji管guan的de反fan向xiang恢hui複fu特te性xing不bu好hao，或huo者zhe電dian壓ya尖jian峰feng吸xi收shou電dian路lu的de參can數shu選xuan擇ze不bu當dang也ye會hui造zao成cheng電dian磁ci幹gan擾rao。由you整zheng流liu二er極ji管guan的de反fan向xiang恢hui複fu引yin起qi的de幹gan擾rao源yuan有you兩liang個ge，它ta們men分fen別bie是shi輸shu入ru整zheng流liu二er極ji管guan和he輸shu出chu整zheng流liu二er極ji管guan。它ta們men都dou是shi由you電dian流liu的de換huan向xiang引yin起qi的de幹gan擾rao。由you圖tu2表明，t0=0時二極管導通，二極管的電流迅速增大

，但是其管壓降不是立即下降，而會出現一個快速的上衝。其原因是在開通過程中，二極管PN結的長基區注入足夠的少數載流子，發生電導調製需要一定的時間tr。該電壓上衝會導致一個寬帶的電磁噪聲。而在關斷時
，存在於PN結長基區的大量過剩少數載流子需要一定時間恢複到平衡狀態從而導致很大的反向恢複電流。當t=t1時，PN結開始反向恢複
，在t1-t2時間內，其他過剩載流子依靠複合中心複合
，回到平衡狀態。這時管壓降又出現一個負尖刺。通常t2《t1，所(suo)以(yi)該(gai)尖(jian)峰(feng)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)窄(zhai)的(de)尖(jian)脈(mai)衝(chong)，產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)噪(zao)聲(sheng)比(bi)開(kai)通(tong)時(shi)還(hai)要(yao)強(qiang)。因(yin)此(ci)，整(zheng)流(liu)二(er)極(ji)管(guan)的(de)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)幹(gan)擾(rao)也(ye)是(shi)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)中(zhong)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)幹(gan)擾(rao)源(yuan)。 3 EMI抑製方法
di/dt和dv/dt是開關電源自身產生電磁幹擾的關鍵因素，減小其中的任何一個都可以減小開關電源中的電磁幹擾。由上述可知

，di/dt和dv/dt主要是由開關管的快速開關及二極管的反向恢複造成的。所以，如果要抑製開關電源中的EMI就必須解決開關管的快速開關及二極管的反向恢複所帶來的問題。 3.1 並接吸收裝置
caiquxishouzhuangzhishiyizhidianciganraodehaobanfa。xishoudianludejibenyuanlijiushikaiguanzaiduankaishiweikaiguantigongpanglu，xishouxujizaijishengfenbucanshuzhongdenengliang，congeryizhiganraofasheng。changyongdexishoudianluyouRC、RCD。此類吸收電路的優點就是結構簡單
、價格便宜、便於實施，所以是常用的抑製電磁幹擾的方法。

（1）並接RC電路 （2）並接RCD電路
在開關管T 兩端加RCD吸收電路,如圖4所示。 3.2 串接可飽和磁芯線圈
二次整流回路中,與整流二極管D串接可飽和磁芯的線圈,如圖5所示。可飽和磁芯線圈在通過正常電流時磁芯飽和,電感量很小,不會影響電路正常上作。一旦電流要反向時,磁芯線圈將產生很大的反電動勢,阻止反向電流的上升。因此，將它與二極管D串聯就能有效地抑製二極管D的反向浪湧電流。 3.3 傳統準諧振技術
一般來說，可以采用軟開關技術來解決開關管的問題，如圖6所示。圖6給gei出chu了le開kai關guan管guan工gong作zuo在zai軟ruan開kai關guan條tiao件jian下xia的de開kai關guan軌gui跡ji。軟ruan開kai關guan技ji術shu主zhu要yao減jian小xiao開kai關guan管guan上shang的de開kai關guan損sun耗hao，也ye可ke以yi抑yi製zhi開kai關guan管guan上shang的de電dian磁ci幹gan擾rao。在zai所suo有you的de軟ruan開kai關guan技ji術shu中zhong

，準zhun諧xie振zhen抑yi製zhi開kai關guan管guan上shang電dian磁ci幹gan擾rao的de效xiao果guo比bi較jiao好hao，所suo以yi本ben文wen以yi準zhun諧xie振zhen技ji術shu為wei例li
，介jie紹shao軟ruan開kai關guan技ji術shu抑yi製zhiEMI。所謂準諧振就是開關管在電壓穀底開通，見圖7。kaiguanzhongjishengdianganyudianrongzuoweixiezhenyuanjiandeyibufen，kewanquankongzhikaiguandaotongshidianliulangyongyuduankaishidianyalangyongdefasheng。caiyongzhezhongfangshibujinnengbakaiguansunhaojiandaohenxiao

，erqienengjiangdizaosheng。gudikaiguanyaoqiuguanduanshijianzhongchucunzaizhongdenengliangbixuzaikaiguankaitongshishifangdiao。tadepingjunsunhaowei，youcigongshikeyikanchu

，jianxiaohuidaozhidadajiangdi，congerjianxiaokaiguanshangdeyingli，tigaoxiaolv
，jianxiaodv/dt，即減小EMI。 3.4 LLC串聯諧振技術
圖8為LLC串聯諧振的拓撲結構。從圖中可以看出
，兩個主開關Ql和Q2構成一個半橋結構，其驅動信號是固定50％占空比的互補信號，電感Ls、電容Cs和變壓器的勵磁電感Lm構成一個LLC諧振網絡。在LLC串聯諧振變換器中，由於勵磁電感Lm串聯在諧振回路中
，開關頻率可以低於LC的本征諧振頻率fs
，而隻需高於LLC的本征諧振頻率fm便可實現主開關的零電壓開通。所以，LLC串聯諧振可以降低主開關管上的EMI，把電磁輻射幹擾(EMI)減至最少。在LLC諧(xie)振(zhen)拓(tuo)撲(pu)中(zhong)，隻(zhi)要(yao)諧(xie)振(zhen)電(dian)流(liu)還(hai)沒(mei)有(you)下(xia)降(jiang)到(dao)零(ling)，頻(pin)率(lv)對(dui)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)的(de)調(tiao)節(jie)趨(qu)勢(shi)就(jiu)沒(mei)有(you)變(bian)，即(ji)隨(sui)著(zhe)頻(pin)率(lv)的(de)下(xia)降(jiang)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)將(jiang)繼(ji)續(xu)上(shang)升(sheng)，同(tong)時(shi)由(you)於(yu)諧(xie)振(zhen)電(dian)流(liu)的(de)存(cun)在(zai)，半(ban)橋(qiao)上(shang)下(xia)兩(liang)個(ge)主(zhu)開(kai)關(guan)的(de)零(ling)電(dian)壓(ya)開(kai)通(tong)條(tiao)件(jian)就(jiu)得(de)以(yi)保(bao)證(zheng)。因(yin)此(ci)
，LLC諧振變換器的工作頻率有一個下限
，即Cs與Ls和Lm的串聯諧振頻率fm。在工作頻率範圍fm<f<fsnei，yuanbiandezhukaiguanjungongzuozailingdianyakaitongdetiaojianxia
，bingqiebuyilaiyufuzaidianliudedaxiao。tongshi

，fubiandezhengliuerjiguangongzuozaiduanxuhuolinjieduanxuzhuangtaixia，zhengliuerjiguankeyilingdianliutiaojianxiaguanduan，qifanxianghuifudewentideyijiejue，buzaiyoudianyajianfengchansheng。 4 抑製方法對比分析研究
采用並聯RC吸收電路和串聯可飽和磁芯線圈均為簡單常用的方法，主要是抑製高電壓和浪湧電流，起到吸收和緩衝作用
，其對EMI的抑製效果相比準諧振技術與LLC串聯諧振技術較差。下麵著重對準諧振技術與LLC串聯諧振技術進行比較分析。在準諧振中加入RCD緩衝電路，即由二極管，電容器和電阻組成的尖峰電壓吸收電路，其主要作用是用來吸收MOSFET功gong率lv開kai關guan管guan在zai關guan斷duan時shi產chan生sheng的de上shang升sheng沿yan尖jian峰feng電dian壓ya能neng量liang
，減jian少shao尖jian峰feng電dian壓ya幅fu值zhi
，防fang止zhi功gong率lv開kai關guan管guan過guo電dian壓ya擊ji穿chuan。但dan是shi，這zhe樣yang將jiang會hui增zeng加jia損sun耗hao


，而er且qie由you於yu緩huan衝chong電dian路lu中zhong采cai用yong了le二er極ji管guan
，也ye將jiang增zeng加jia二er極ji管guan的de反fan向xiang恢hui複fu問wen題ti。由you上shang述shu分fen析xi可ke以yi看kan出chu

，準zhun諧xie振zhen技ji術shu主zhu要yao減jian小xiao開kai關guan管guan上shang的de開kai關guan損sun耗hao
，也ye可ke以yi抑yi製zhi開kai關guan管guan上shang的de電dian磁ci幹gan擾rao，但dan是shi它ta不bu能neng抑yi製zhi二er極ji管guan上shang的de電dian磁ci幹gan擾rao，而er且qie當dang輸shu入ru電dian壓ya增zeng大da時shi，頻pin率lv提ti高gao；當(dang)輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)增(zeng)大(da)時(shi)，頻(pin)率(lv)降(jiang)低(di)，所(suo)以(yi)它(ta)的(de)抑(yi)製(zhi)效(xiao)果(guo)不(bu)是(shi)很(hen)好(hao)，一(yi)般(ban)不(bu)能(neng)達(da)到(dao)人(ren)們(men)所(suo)希(xi)望(wang)的(de)結(jie)果(guo)。所(suo)以(yi)如(ru)果(guo)想(xiang)得(de)到(dao)更(geng)好(hao)的(de)抑(yi)製(zhi)效(xiao)果(guo)，必(bi)須(xu)解(jie)決(jue)二(er)極(ji)管(guan)上(shang)的(de)反(fan)向(xiang)恢(hui)複(fu)問(wen)題(ti)，這(zhe)樣(yang)抑(yi)製(zhi)效(xiao)果(guo)才(cai)能(neng)令(ling)人(ren)們(men)滿(man)意(yi)。LLC串聯諧振拓撲結構比準諧振抑製EMI的效果好。其優點已在上麵進行了分析。

5 結語
隨著開關電源技術的不斷發展，其體積越來越小，功率密度越來越大，EMI問題已經成為開關電源穩定性的一個關鍵因素。開關電源內部開關管及二極管是EMI主要發生源。本文主要介紹了四種抑製開關管及二極管EMI的方法並進行了分析對比，目的是找到更為有效的抑製EMI的方法。通過分析對比得出LLC串聯諧振技術的抑製效果較好，而且其效率隨電壓升高而升高
，其工作頻率隨電壓變化較大，而隨負載的變化較小。

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