EMC的设计优化--如何提升EMC性能呢？

在电源模块应用中，EMC设计往往是重中之重，因为关乎整个用户产品的EMC性能。那么如何提升EMC性能呢？本文从电源模块的设计与应用角度为您解读。

EMC测试又叫做电磁兼容，描述的是产品两个方面的性能，即电磁发射/干扰EME和电磁抗扰EMS。EME中包含传导和辐射，而EMS中又包含静电、脉冲群、浪涌等。

为提升用户系统稳定性，接下来我们将为大家讲述如何灵活应用以上方法优化电源EMC，本文将从电源的设计与应用等角度介绍4种常用解决方案：

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浪涌防护电路

在电源模块实际应用环节，工程师通常会搭配浪涌防护电路，以此保障产品EMC性能达标，维持整机系统稳定运行。浪涌电压的产生来源较为多样，常见诱因主要有雷击干扰、电网短路故障以及用电设备频繁开关机等，接下来我们直接切入核心，详解浪涌防护电路的具体设计思路。

如图1所示，为强化电源模块输入级的浪涌防护能力，工程设计中通常会在外围电路增设压敏电阻（MOV）与TVS管两类防护器件。部分设计会采用图中（a）、（b）两种电路布局，初衷是实现两级浪涌防护，分层抵御冲击干扰，但实际应用中这类接法往往难以达到预期效果，甚至适得其反。

针对电路（a），若其中MOV2的压敏电压参数、通流承载能力均低于MOV1，在雷击、强电网扰动等强干扰场景下，MOV2会率先承受超出自身耐受范围的浪涌冲击，进而提前击穿损坏，直接导致整条防护回路失效，最终引发整个用电系统瘫痪。

同理来看电路（b），由于TVS管的响应速度远快于压敏电阻MOV，浪涌信号来袭时，MOV尚未启动泄流防护，TVS管就会因独自承受全部浪涌能量而过早损坏，完全丧失两级防护的意义。

因此工程中常用的正确接法为图（c）、（d）所示，在两组压敏电阻之间，或是MOV与TVS管之间串联一颗电感，利用电感将两类防护器件有效分隔为独立两级，实现分层泄流、逐级防护，最大化发挥浪涌防护器件的性能。

两级浪涌防护

除此之外，还可在MOV与TVS管之间串联限流电阻，通过限流作用避免TVS管因先导通、承受过量浪涌电流而损坏；选型该限流电阻时，必须重点核算其额定功耗，确保实际工况下功耗匹配，防止电阻提前烧毁失效。同时，可在防护回路中并联电容，借助电容吸收浪涌残余能量，进一步提升电路整体抗浪涌冲击能力，具体接法可参考下图。

另外，MOV与TVS管的器件选型是浪涌防护设计的核心环节，合理选取最大允许工作电压、最大通流量两项关键参数至关重要。参数选型需严格参照电源模块的实际输入电压规格，以及对应的浪涌抗扰度试验等级：若最大允许电压选型偏小，会导致后端供电回路工作异常，无法正常供电；若选型偏大，则器件无法及时启动泄流，起不到浪涌保护作用；而最大通流量参数若选取过小，器件耐受浪涌冲击的能力不足，极易在浪涌干扰下直接损坏，导致防护失效。

02

电源模块的PCB设计

除外围浪涌防护电路设计外，模块电源产品本身有着专属的PCB设计规范，设计阶段需要综合考量散热布局、EMC电磁兼容优化、干扰抑制管控以及生产工艺适配等多项核心要点，涉及的设计维度广、细节要求多。

正因如此，PCB设计在模块电源产品的整体开发流程中，属于核心关键环节之一，其设计合理性直接影响产品最终性能与量产稳定性，具体设计要点与布局参考如下图所示：

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电源模块的内部电路设计

电源模块都不是线性电源类型，都是开关电源，在开关管开通、关断时，电压和电流都会被斩波，造成较大瞬态变化（di/dt、dv/dt），所以开关电源是较大的EMC干扰源。隔离电源模块常用的电路拓扑：隔离正激和隔离反激。通过产品内部电路设计+PCB设计，使得产品的EMC性能达到最优状态。

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电源模块传导骚扰设计

设计电源模块传导骚扰电路，首先需要分析电源模块的传导骚扰情况，并找到对应解决方案。下面列举一些情况通过示波器进行分析：

1、低频：150KHz-1MHz频率，尤其是开关频率点——差模骚扰

解决方案：差模滤波

2、中频：1MHz-10MHz频率——差模和共模骚扰

解决方案：适当稍加点共模滤波

3、高频：10MHz-30MHz频率——共模骚扰

解决方案：共模滤波

所以，为了解决电源模块传导骚扰问题，应在模块传输路径上添加差模滤波和共模滤波电路，如下图所示：

经验分享：若经示波器测试某电源模块频率范围为30MHz-1000MHz，从传导骚扰波形预测辐射骚扰好坏，高频段呈直线性上升无下跌趋势的，产品的辐射骚扰一般都会很差。