EMC设计 【开关电源】
本篇将围绕福州大学老师在哔哩哔哩上传的课程，记录学到的、发散的知识点。视频链接见下：
Bilibili”口算Maxwell方程组”的【课程三：EMI 滤波器设计方法】
Bilibili”口算Maxwell方程组”的【开关电源磁元件EMC及EMI滤波器设计】
EMC 三要素
三要素为:噪声源、传播路径、敏感设备
传播路径又可以分成三大类:传导电磁干扰、近场耦合、空间辐射
传导电磁干扰可以分为差模噪声和共模噪声
差模干扰是通过电路中的电流纹波引起的，在 L 线和 N 线中形成回路
因为回路清晰，得到回路中的阻抗较简单，因此差模干扰比较好处理
共模噪声是由电压跳变点通过对地的分布电容产生了位移电流，经过大地、L 线、N 线形成回路，因此想要解决共模噪声就需要分析电压跳变点的对地电容内阻抗，进而得出改进方法。
开关电源中的 EMI 抑制策略
近些年，随着半导体产业的突飞猛进，开关电源开关频率也在飞速增长，大家都在追求板面积尽量减小的同时效率还能提高，那么元器件必然会贴近，近场耦合造成的 EMI 就会成为大问题，因此在学习开关电源时，懂得如何 EMC 设计成为了电源工程师必不可少的一节课。
对于开关电源的 EMC 优化有许多方面:
一方面就是考虑主体电路是否可以优化，另一方便就是考虑 EMI 滤波器是否可以优化。
本文将先从优化 主体电路 中的功率磁元件入手，随后在介绍开关电源必不可少的 EMI滤波器 部分。
功率变换器中的功率磁元件
作为磁能和电能的桥梁，考虑电磁兼容就必须考虑到磁性元件，常见的磁元件就是线圈的衍生元器件:电感、变压器…
一个 UPS(开关电源) 就会涉及到许多感性元件
对于这些电感，在电气模型当中，可以简单的视为”电感”，而在高频模型中，要考虑其寄生电容、寄生电阻，等效就变得繁琐、而在 EMI 模型，可以视为 多个电感高频模型 的串联:
上图不难看出，在低频阶段，电感只需用电气模型等效即可，高频时，就需要使用高频模型了，而到了 150kHz~12MHz 时，其等效就是 EMI 模型。
从磁元件入手
不同的绕制方式
透过上图 LPFC 电感阻抗特性，我们就可以看到其在不同频段处理差模噪声的效果是不同的，改变寄生电阻和本身电感值都不如改变寄生电容简单，因此在绕制电感时，我们会注意层与层之间该怎么控制等效分布电容，下图就是绕制并联等效电容 EPC 计算模型:
不同的连接方式
除此之外，在接线中，想要更好的抑制共模信号，可以采取方案二方式进行接线
方案一即将噪声源所在的这一点放在内层(对应 0~U/2 电位分布)
方案二即将噪声源所在的这一点放在外层(对应 U~U/2 电位分布)
添加一个反相绕组真的好吗？
我们常说，减少共模的一种方式是使用共模电感，两端同时出现相反的噪声，就可以相互抵消，在理论上，确实可行，它可以实现将共模噪声降至最低，但是实际当中，会有很大的麻烦——
因为共模电感是变压器，我们在分析的时候忽略了这一点，因此我们观察右下角对比图就可以发现，红色走线是左侧加入了共模电感来抵消共模噪声的电路反应图，它在低频的时候，比不接入共模电感的蓝线表现的好，但是在高频时，它搞砸了。这正是因为共模电感的漏磁和分布电容，会影响共模噪声的抵消效果。
那粉线又是怎么回事？粉色的线是图中右上的电路，其表现很好，这是因为加入共模电感后，将共模电感等效为一个变压器，然后再进行优化得到的结果。因此不能随意加入共模电感，还需要考虑它的高频段带来的副作用，然后考虑是否可以引入其他的元器件来优化它高频段带来的副作用。
反激变压器杂散参数影响共模噪声源
上边两个变压器，参数都一样，仅是缠绕方式不同，就出现了明显的不同，可以说，变压器和共模电感，都是会在高频段造成共模噪声的。
在他们的等效图中，我们可以看到，变压器的平行端子间，等效串联了一个电容，即形成了共模噪声回路。
变压器的接法和绕制方式都会影响共模噪声的处理能力，下图中第一个图对应蓝色噪声曲线，第二个图对应红色噪声曲线
三明治的接法尽管效率高，但是其 EMI 相对就比较差
加入屏蔽层——
接入补充电容 Ca,将变压器副边的电荷相互抵消，此时CM Noise(共模噪声)就会降到极低
LLC 电路变压器共模噪声路径
加入屏蔽层并优化对共模电感的抑制
引入反向共模噪声来抑制噪声
因为 LLC 有两个电感，因此可以通过放大反向共模噪声来抑制共模噪声
其抑制结果比较可观，采样的方法可以是接反向电感或者外挂电容的方法
小结
调整变压器共模有效电容的几种方法
EMI 滤波器
EMI 滤波器设计流程
- 首先要获取它的差模噪声和共模噪声，可以通过电压分离器进行分离或者电流探头用电流法来获得
- 随后，需要确认限制基线，然后在原始噪声的基础上减去限制基线后再加上 6dB 的裕量
- 噪声源内阻抗提取可以通过
插入损耗法和散射参数法来获取。 - 再根据阻抗失配原则，确定滤波器拓扑结构
- 确定拓扑结构后，就可以先从安规电容入手，确定完电容，再考虑大块头电感
- 因为电感内有高频电磁场，易干扰外部元器件，因此还需要考虑摆放位置即分布参数
- 也要考虑元器件之间的近场耦合
- 电感的感值并不是一成不变的，因此还要考虑其非线性
- 最终进行 EMI 测试，如果测试不合格就要考虑回到步骤 5 上
噪声源内阻抗提取方法
插入损耗法
将开关电源视作两端网络，通过接入的 RLISN 的方式不同，可以获得其共模噪声电流值和差模噪声电流值
散射参数法
电感器等效电路
磁芯考虑
磁芯需要考虑频率磁导率和温度磁导率和偏磁磁导率三者，来获得一个动态的电感值
绕组考虑
共模滤波电感的工频电流偏磁影响
共模电感的测量方式
共模滤波电感的仿真模型
共模滤波电感可以搭建下图的仿真模型来实现初步的仿真测试
一般的，对于无法获取实测值的情况，如果有可靠的模型数据(元器件公司所提供)，也可以作为参考。
