開關(guān)電源噪聲源分析

1、噪聲源

? ? ? ? ? ? ?噪聲源指的是造成模塊EMI 的源頭。開關(guān)電源產(chǎn)品中主要有DCDC 開關(guān)管、PFC 開關(guān)管、輔助電源開關(guān)管以及一些功率磁性元件、單片機(jī)晶振（主要影響引出的信號(hào)線）。根據(jù)以往的整改經(jīng)驗(yàn)，最厲害的噪聲一般來自DC-DC副邊的整流和續(xù)流二極管。

? ? ? ? ? ? 噪聲的流動(dòng)在模塊內(nèi)部及外部都是系統(tǒng)的，須要綜合原副邊、各個(gè)隔離的單元電路、周圍環(huán)境等綜合分析，分析噪聲的流動(dòng)不能僅僅把眼光集中在片面的小范圍內(nèi)。這一點(diǎn)一定要牢記：要從系統(tǒng)的角度全面地分析。噪聲通常分為差模噪聲和共模噪聲，具體如下。

1.1差模噪聲源

? ? ? ? ? ? 差模噪聲主要由較大的di/dt 造成的，如大電流開關(guān)回路大電流快速切換時(shí)，橋式整流電路充電截止時(shí)等。大電流切換往往伴隨較大的電壓尖峰（不僅僅指開關(guān)管兩端的，還包括一段走線兩端的），該電壓尖峰是差模噪聲大小的直接表現(xiàn)形式，電壓尖峰越大則一般差模噪聲越大。因此，減小差模噪聲的主要方向有：

① 減小引線、走線的寄生電感以減小大電流切換時(shí)的感應(yīng)噪聲電壓；

② 減慢開關(guān)管切換的速度；

③ 在合適的位置（如一段走線的兩側(cè)）加上去耦電容等；

1.2共模噪聲源 ?

? ? ? ? ? ? ?共模噪聲主要由較大的dv/dt 形成的，由于工作信號(hào)的銅皮不可避免的與保護(hù)地（如機(jī)殼或者一塊銅皮）存在分布電容，當(dāng)工作信號(hào)的一塊面積（銅皮、器件體等）存在較大的電壓波動(dòng)（如開關(guān)切換）時(shí)就會(huì)在保護(hù)地上感應(yīng)出相同頻率的電流，從而形成共模噪聲。因此，減小共模噪聲的主要方向有：

? ? ? ? ? ? ?①減小分布電容（減小面積或者增大距離）；

? ? ? ? ? ? ?②減慢開關(guān)的速度，減小dv/dt；

1.3 差模與共模噪聲的相互轉(zhuǎn)換 ?

? ? ? ? ? ? ?在一定條件下差模噪聲和共模噪聲會(huì)互相轉(zhuǎn)換。共模濾波回路的阻抗不對(duì)稱（Y 電容不對(duì)稱或者兩根功率線上的感抗不相同）將會(huì)使共模噪聲轉(zhuǎn)換成差模噪聲；差模濾波回路相對(duì)的不平衡也會(huì)導(dǎo)致差模噪聲轉(zhuǎn)換成共模噪聲。

因此，在原理圖設(shè)計(jì)和PCB 設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該盡可能保持濾波回路尤其是輸入、輸出濾波器的對(duì)稱性，以避免各種噪聲互相轉(zhuǎn)換，盡量使噪聲簡(jiǎn)單、單一。

1.4 電源模塊的主要噪聲源 ? ? ?

? ? ? ? ? ? 不管是傳導(dǎo)還是輻射，EMI 均主要來自dv/dt（尖峰）或di/dt（尖峰或諧振峰）的V/ns或A/ns 的地方，而不只是開關(guān)頻率的dv/dt 或di/dt。電壓尖峰必然伴隨電流尖峰，電流尖峰也必然伴隨電壓尖峰，共模噪聲往往和差模噪聲同時(shí)產(chǎn)生。開關(guān)電源的主要的噪聲源有PFC 開關(guān)管、PFC 二極管、DC/DC 開關(guān)管、DC/DC 二極管、功率磁性元件等，最厲害的噪聲一般都來自DC/DC 的整流或續(xù)流二極管。

2、噪聲流出模板的路徑

2.1傳導(dǎo) ?

? ? ? ? ? ? ?傳導(dǎo)噪聲流出模塊的路徑主要有以下幾種（按照危害大小從小到大列舉）：

? ? ? ? ? ? ?①從噪聲源直接通過走線和器件流出；

? ? ? ? ? ? ?② 噪聲經(jīng)過一次或多次耦合（感性的或容性的）或轉(zhuǎn)換（共模與差模之間）從輸入濾波器內(nèi)側(cè)流出；

? ? ? ? ? ? ?③ 保護(hù)地線連接不好，產(chǎn)生地噪聲（這在電源系統(tǒng)中危害較大）；

? ? ? ? ? ? ?④ 噪聲直接耦合到傳導(dǎo)測(cè)試端口并流出模塊（如輸入輸出相距太近產(chǎn)生耦合構(gòu)成回路造成EMI 較大，再如功率磁性元件距離端口太近造成EMI 較大，這種情況一旦發(fā)生則很難解決，因此，要特別注意）。

2.2 輻射 ? ? ?

? ? ? ? ? ? 輻射噪聲流出模塊的路徑主要有以下幾種（按照危害大小從小到大列舉）：

? ? ? ? ? ?①噪聲形成場(chǎng)并通過不完善的屏蔽泄漏出模塊；

? ? ? ? ? ?②噪聲形成場(chǎng)耦合到模塊的各個(gè)端口并從模塊引出線輻射出去；

? ? ? ? ? ?③從噪聲源經(jīng)過走線和器件傳到模塊的各個(gè)引出線上并從引出線出去。

輻射測(cè)試中模塊的引出線是開關(guān)電源模塊造成輻射的主要原因，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能地減少模塊的引出線，必須引出的，能短則短。