开关电源产品有关EMI抑制经验分享
近来，随着激光打印机产品专利保护期限到期，以及教育政策的变动和特殊办公设备国产化需求的增加，国产打印机行业出现增长，同时带动了打印机用开关电源的采购需求。
本文想要和大家分享一些这类产品的设计经验，并想和大家一同探讨开关电源中 EMI 分析的思路、理论指导和经验办法。对于开关电源的EMC测试项目：0.15M~30MHz电源端传导骚扰电压测试、30M~1G辐射骚扰场强测试、以及暂态谐波电流测试。这些都是电源自身工作中所产生的对外电磁骚扰，这些之所以会被强制要求测试和限制，是应为这些骚扰会通过连接的导线或自身导线的天线效应，将骚扰发射出去，干扰付费波段的通讯用无线电信号；大量的谐波电流注入电网，同样会导致电网的污染，而电网又是一个更大的导线发射系统，进而又更大范围的影响无线电。
打印机电源内嵌打印机内部，一般没有金属罩，最好的工况是有一个接地钣金件。
该类电源产品包含两个部分：PWM控制器为基础的开关式电源（功率100W以内）和基于RCC原理构成的高压电源（功率小电压高），这两部可能是分板设计，也可以是同板设计。
从一个实际产品，分享一下辐射发射和传导发射抑制方面的经验。
604A是一款激光打印机配套的低压板开关电源，输入规格187V~276VAC；双路输出，24V3.5A和5V2A，采用反激式电源拓扑。
EMI分析考量两个方面的内容：EMI的来源及其耦合路径。简单的讲，开关电源产品中，开关器件的快速开关动作所引起的电流和电压的快速变化，是引起EMI的主要原因：
耦合路径通常被分作差模耦合路径和共模耦合路径。EMI的抑制过程，简单的讲，也是破坏干扰形成的过程，一般方法主要有降低环路阻抗/面积，规避噪声路径，噪声信号接冷点（接地或接电源）。
差模电流噪声主要由功率开关器件的高频开关电流产生。在功率器件开通瞬间存在电流的尖峰，开通电流尖峰由三部分组成：(1) 变压器初级绕组的层间电容充电电流（为主）；(2) MOSFET漏源极电容的放电电流；(3) 工作在CCM模式的输出二极管的反向恢复电流。如下图所示：
对于反激式拓扑，所绕制的变压器既有理想变压器的变比功能，同时也作为储能电感进行能量传递。变压器两个寄生参数绕组电容和漏感，绕组电容等效为高频通道，在连续模式下，导通时，会引起开通电流尖峰。漏磁通能量会导致开关管动作时出现尖峰。漏感和绕组电容是矛盾关系，在设计种，需要折衷考量。
开通电流尖峰很难直接输入电容进行旁路（电解电容），因为高频下，电容等效模型种的串联电感ESL和电阻ESR会在输入的两根电源线之间形成环路（注意：MOSFET漏源极的电容的放电电流对差模电流噪声几乎无影响，但会产生辐射干扰）。
本产品，设计之初已经选定在连续模式下，所以针对此尖峰电流，采用的办法有：1）LC滤波器，在前端EMI滤波器电路构建LC滤波器进行抑制；2）从PCB设计而言，尽量减小di/dt的环路面积并采用宽的布线，尽量减低辐射发射风险；3）在初级线圈和开关管之间串接磁珠；4）绕组绕制是否有改进空间，或者说，漏感影响是否有牺牲空间来减小绕组电容，本产品变压器在工艺上也采取了浸漆和点胶的方式，加强绕组机械固定。
电压变化率主要有开关管栅极驱动和开关管Vds，本产品采用基本的缓冲电路（缓冲与箝位严格的讲，是对同一问题的两种处理方式），初级漏感以及自感应引发的电压尖峰采用RCD吸收电路进行抑制，并在开关管处附加缓冲电容，次级整流二极管反相恢复（同样是开关节点）使用RC吸收或电容缓冲电路。
RCD缓冲吸收电路，用来抑制电压变化率，有利于提高开关器件电压应力，电路成本低和损耗小，但是，设计和调试需要理论和经验，要有耐心：
1、RCD吸收电路，开关管关断时的过电压吸收效果等同单个电容效果；导通时，电容通过电阻R进行放电，电容电荷需经过电阻R完全放光，这增加了损耗。关断时，电容对尖峰电压吸收缓冲。
2、箝位器件被用来钳位尖峰电压的幅度，但对于dv/dt（变化率）没有改善作用。
产品目标客户为政企用办公产品，对产品成本控制有要求。PCB设计的前提是单面板，且尽可能的不用跳线。有利的是，该电源产品电源拓扑相对简单，电流路径规划相对容易。本产品初级侧PCB布局布线如下图：
下图左是24V整流二极管两端电压应力波形，导通时仍有部分振铃；右图CH2是Vds电压波形，CH1是栅极驱动波形：
对于EMI的抑制，仍离不开同电网连接侧的EMI滤波电路：由X电容、Y电容以及共模电感构成的EMI滤波器对于电源内部的开关式功率变换产生的干扰能起到良好的抑制作用，在场内摸底过传导发射测试后（效果可以，见图7），此时的EMI滤波电路设计如图6所示。
传导发射和辐射反射摸底测试数据：
辐射发射测试中，低频噪声带宽大，高频处某频点裕量不足；传导测试，指标可以接受。在尽量不改动原设计情况下（改动可能会带来其他影响），考虑解决这一问题，我们还是从EMI滤波电路上进行了处理，首先针对低频裕量不足问题尝试增加一颗共模电感（使用原有样机，在贴片元件面整改添加共模电感），摸底改善效果，电路更改如下图所示：
三台样机在此进行传导和辐射摸底的数据如下：
开关电源的EMI抑制，我们需要有噪声源和耦合路径理论分析的能力（作者在这方面能力欠缺，多以经验为主）。一般地，共模噪声是开关电源系统地主要噪声源，系统种各个部分（包括较大地走线）都存在对机壳或公共参考面地杂散电容，这些杂散电容为高速（指变化速率高，不是特指开关频率高）的 di/dt 和 dv/dt 信号提供了环路通道，引起噪声。整改思路，依然是分析噪声源并加以抑制（如PCB布局布线的天线效应抑制），分析耦合耦合路径并进行破坏或疏导（元件本身等效电路的寄生参数以及元件同参考平面间杂散分布电容等）。