1 引言
高新技术的不断发展，电子设备的大量使用，电源作为供电部分也越来越受到人们重视。开关电源于其体积小、重量轻、效率高等特点，正逐步取代线性电源，成为电源的主流，但是，其缺点——高频工作条件下产生电磁干扰（Electromagnetic Interference，EMI）——成为不容忽视的问题，阻碍了电源的发展。
EMI 信号占有很宽的频率范围，又有一定的幅度，经过在电路、空间中的传导和辐射，污染了周围的电磁环境，影响了与其它电子设备的电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，EMC）性。本文就电磁干扰的产生机理进行简单的介绍，重点总结了几种近年来提出的抑制开关电源电磁干扰产生及传播的方法。
2 开关电源电磁干扰的产生机理
开关电源产生的干扰，按噪声干扰源种类来分，可分为尖峰干扰和谐波干扰两种；若按耦合通路来分，可分为传导干扰和辐射干扰两种。以下按噪声干扰源来做一说明；
2.1 开关管工作时产生的谐波干扰
功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波，其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时，这种谐波干扰将会很小。另外，功率开关管在截止期间，高频变压器绕组漏感引起的电流突变，也会产生尖峰干扰。
2.2 二极管的反向恢复时间引起的干扰
高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向截止时，由于 PN 结中有较多的载流子积累，因而在载流子消失之前的一段时间里，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化（di / dt）。
2.3 交流输入回路产生的干扰
无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量，通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰；而谐波和寄生振荡的能量，通过输入输出线传播时，都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。
2.4 其他原因
元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB 的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成 EMI 干扰。
3 开关电源 EMI 的特点
作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大，干扰源主要集中在功率开关器件以及与之相关联的散热器和高频变压器上，开关频率不高（从几千赫兹到几兆赫兹），主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰；而印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布线，具有更大的随意性，这增加了 PCB 分布参数的提取和近场干扰估计的难度。
4 几种电磁干扰抑制方法
4.1 调制频率控制
调制频率（Modulate Frequency）控制是通过将开关信号的能量调制分布在一个很宽的频带上，产生一系列的分立边频带，则干扰频谱可以展开，干扰能量被分成小份分布在这些分立频段上，从而实现了对开关电源电磁干扰的抑制。
其主要原理是：将主开关频率进行调制，在主频带周围产生一系列的边频带，从而将噪声能量分布在很宽的频带上，降低了干扰。这种控制方法的关键是对频率进行调制，使开关能量分布在边频的范围，且幅值受调制系数 β的影响（调制系数 β=Δ f / fm，Δ f 为相邻边频带间隔，fm 为调制频率），一般 β 越大调制效果越好。其控制波形如图 1 所示。
图 2 即为一个根据调制频率原理设计的控制电路。这种控制方法可以在不影响变换器工作特性的情况下，很好地抑制开通、关断时的干扰。
4.2 无源缓冲电路控制
开关变换器中电磁干扰是在开关管开关时刻产生的。以整流二极管为例，在开通时，其导通电流不仅引起大量的开通损耗，还产生很大的 di / dt，导致电磁干扰；而在关断时，其两端的电压快速升高，有很大的 dv / dt，从而产生电磁干扰。缓冲电路不仅可以抑制开通时的 dv / dt、限制关断时的 dv / dt，还具有电路简单、成本较低的特点，因而得到了广泛应用。但是传统的缓冲电路中往往采用有源辅助开关，电路复杂不易控制，并有可能导致更高的电压或电流应力，降低了可靠性。因此许多新的无源缓冲器应运而生，以下分别予以总结介绍。
4.2.1 二极管反向恢复电流抑制电路
对于图 3(a) 的 Boost 电路，Q1 开通后，D1 将关断。但由于此前 D1 上的电流为工作电流，要降为零，其 di / dt 将很高。D1 的关断只能靠反向恢复电流尖峰，而现有的抑制二极管反向恢复电流的方法大多只适用于特定的变换器电路，而且只对应某一种的输入输出模式，适用性很差。国外有人提出了图 3(b) 的电路，可以较好地解决这一缺陷。
图 3(b) 的关键在于把一个辅助二极管（D2）、一个小的辅助电感（L2）与主功率电感（L1）的部分线圈串联，然后与主二极管（D1）并联。其工作原理是，在 Q1 开通时，利用辅助电感及辅助二极管构成的辅助电路进行分流，使主二极管 D1 上的电流降为零，并维持到 Q1 关断。由于电感 L2 的作用，辅助二极管 D2 上的反向恢复电流是很小的，可以忽略。
这种方法除了可用于一般的变换器电路，以限制主二极管的反向恢复电流，还可以用在输入输出整流二极管的恢复电流抑制上。图 4 是这种应用的举例。这种技术应用在一般的电源电路里，都可以获得有效抑制反向恢复尖峰电流、降低 EMI、减少损耗提高效率的效果。
4.2.2 无损缓冲电路
在变换器电路中，主二极管反向恢复时，会对开关管造成很大的电流、电压应力，引起很大的功耗，极易造成器件的损坏。为了抑制这种反向恢复电流，减少损耗，而提出了一种无损缓冲电路，如图 5 所示。
其主要工作原理是，主开关 Q 开通时的 di / dt 应力、关断时的 dv / dt 应力分别受 L1、C1 所限制，利用 L1、C1、C2 之间相互的谐振及能量转换，实现对主二极管 D 反向恢复电流的抑制，使开关损耗、EMI 大大减少。不仅如此，由于开通时 C1 上的能量转移到 C2，关断时 C2 和 L1 上的能量转移到负载，这种缓冲电路的损耗很低，效率很高。
4.2.3 无源补偿技术
传统的共模干扰抑制电路如图 6 所示。为了使通过滤波电容 Cy 流入地的漏电流维持在安全范围，Cy 的值都较小，相应的扼流线圈 LCM 就变大，特别是由于 LCM 要传输全部的功率，其损耗、体积和重量都会变大。应用无源补偿技术，则可以在不影响主电路工作的情况下，较好地抑制电路的共模干扰，并减少 LCM、节省成本。
由于共模干扰是由开关器件的寄生电容在高频时的dv / dt 产生的，因此，用一个额外的变压器绕组在补偿电容上产生一个 180。的反向电压，产生的补偿电流再与寄生电容上的干扰电流迭加，从而消除干扰。这就是无源补偿的原理。
图 7(a) 为加入补偿电路的隔离式半桥电路。由于半桥、全桥电路常用于大功率场合，滤波电感 LCM 较大，所以补偿的效果会更明显。该电路在变压器上加了一个补偿线圈 Nc，匝数与原边绕组一样；补偿电容 CCOMP 的大小则与寄生电容 CPARA 一样。这样一来，工作时的 Nc 使 CCOMP 产生一个与 CPARA 上干扰电流大小相同、方向相反的补偿电流，迭加后消除了干抚电流。补偿线圈不流过全部的功率，仅传输干扰电流，补偿电路十分简单。
同样，对于图 7(b) 中的正激式电路，利用其自身的磁复位线圈，可以更加方便地实现补偿。无源补偿技术还可以应用于非隔离式的变换器电路中，如图 8 所示，原理是一样的。
需要注意的是，无源补偿技术有一定的应用条件，它受开关电流、电压的上升、下降时间，以及变压器结构等因素的影响，特别当变压器的线间耦合电容远大于寄生电容时，干扰电流不经补偿线圈而直接进入大地，此时抑制效果就不很理想。
5 结语
产生开关电源电磁干扰的因素还很多，抑制电磁干扰还有大量的工作。全面抑制开关电源的各种噪声将使开关电源得到更广泛的应用。

参考文献
[1] 刘贤兴．《新型智能开关电源技术》．机械工业出版社，2003-08-01．
[2] (英)威廉姆斯著，李迪等译．《产品设计中的EMC技术(第三版)》，2004-06．
[3] Vilathgamuwa M．Deng J．seng K．J．EMI suppression with switching frequency modulated DC-DC converters[J]．IEEE Industry Applications Magazine，1999．
[4] Paramesh J．Von Jouanne A．Use of sigma-delta modulation to control EMI from switch-mode powersupplies[C]．APEC’1999．