开关电源的电磁兼容性设计、测试和典型案例PDF电子书下载

第1章 开关电源的电磁兼容性测试标准 1

1.1 概述 1

1.2 开关电源的电磁兼容性测试要求 1

1.3 信息技术设备类产品机内开关电源电磁兼容性能的基本要求 2

1.3.1 电磁骚扰发射的测试 2

1.3.2 谐波电流发射的测试 3

1.3.3 抗扰度性能的测试 4

1.3.4 机内开关电源电磁兼容性测试要求小结 7

第2章 开关电源的电磁骚扰情况测量 9

2.1 交流电源线的传导骚扰测量（频率范围0.15～30MHz） 9

2.1.1 试验布局 9

2.1.2 测量接收机 10

2.1.3 人工电源网络 12

2.1.4 试验方法 13

2.2 辐射骚扰的场强测量（频率范围30～1000MHz） 14

2.2.1 试验布局 14

2.2.2 必要的试验设施 15

2.2.3 试验方法 17

2.3 用吸收钳法测量辐射功率发射（频率范围为30～300MHz） 19

2.3.1 试验方法的提出 19

2.3.2 功率吸收钳 20

2.3.3 测量线路和说明 20

2.3.4 对用吸收钳法测试辐射骚扰发射的点评 21

第3章 开关电源的谐波电流发射测量 23

3.1 谐波电流的产生 23

3.2 谐波电流的危害 24

3.3 谐波电流的测量线路与测量方法 26

3.3.1 测量线路 26

3.3.2 测量方法 27

3.3.3 对谐波电流发射试验标准的点评 27

第4章 开关电源的抗扰度性能测量 28

4.1 静电放电抗扰度试验 28

4.1.1 静电的产生与危害 28

4.1.2 静电放电试验 29

4.1.3 静电放电的模拟 29

4.1.4 静电放电试验中的放电方式 30

4.1.5 实验室的型式试验 30

4.1.6 静电放电的试验等级 33

4.1.7 试验结果评估 33

4.1.8 试验报告 34

4.1.9 静电放电试验的标准点评 34

4.1.10 新版国家静电放电抗扰度试验标准（GB/T 17626.2—2006）简述 34

4.1.11 最新国际静电放电试验标准IEC 61000—4—2:2008简述 37

4.2 射频辐射电磁场抗扰度试验 39

4.2.1 射频辐射电磁场抗扰度试验的由来 39

4.2.2 射频辐射电磁场抗扰度试验 39

4.2.3 射频辐射电磁场的试验等级 40

4.2.4 射频辐射电磁场抗扰度试验的试验方法（实验室型式试验） 41

4.2.5 射频辐射电磁场抗扰度试验的试验记录 46

4.2.6 用GTEM小室做射频辐射电磁场抗扰度试验 46

4.2.7 新版国家射频辐射电磁场抗扰度试验标准（GB/T 17626.3—2006）简述 52

4.2.8 射频辐射电磁场试验的标准点评 55

4.3 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 56

4.3.1 电快速瞬变脉冲群的产生和对设备可靠性的影响 56

4.3.2 电快速瞬变脉冲群发生器 56

4.3.3 电快速瞬变脉冲群试验的配置和布局 57

4.3.4 实验室形式试验 60

4.3.5 新版国家电快速瞬变脉冲群抗扰度试验标准（GB/T 17626.4—2008）介绍 62

4.3.6 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验标准的点评 68

4.4 浪涌抗扰度试验 68

4.4.1 浪涌抗扰度试验问题的提出 69

4.4.2 浪涌发生器 69

4.4.3 浪涌抗扰度试验 71

4.4.4 新版国家浪涌抗扰度试验标准（GB/T 17626.5—2008）介绍 72

4.4.5 浪涌抗扰度试验标准的点评 73

4.5 由射频场感应所引起的传导干扰抗扰度试验 74

4.5.1 由射频场感应引起的传导干扰的由来 74

4.5.2 由射频场感应所引起传导干扰抗扰度试验的试验要求和试验等级 75

4.5.3 由射频场感应所引起传导干扰抗扰度试验所必需的试验设备 75

4.5.4 由射频场感应所引起传导干扰抗扰度试验的试验方法 77

4.6 电压跌落、短时中断和电压渐变抗扰度试验 80

4.6.1 电压跌落、短时中断和电压渐变的产生 80

4.6.2 电压暂降和短时中断的试验仪器 81

4.6.3 电压暂降和短时中断的优先选用试验等级及持续时间 82

4.6.4 电压暂降和短时中断的试验方法 84

第5章 开关电源电磁骚扰发射的定性测试 85

5.1 比较“正规”的辐射发射定性测试方案 85

5.2 比较“正规”的传导发射定性测试方案 86

5.3 定性观察的辐射发射测试方案 86

5.3.1 采用频谱分析仪的定性观察方案 86

5.3.2 采用高频示波器的定性观察方案 87

5.4 定性观察的传导骚扰发射测试方案 87

第6章 开关电源的电磁骚扰问题分析、骚扰的性质和骚扰抑制技术概述 89

6.1 开关电源的电磁骚扰发射问题 89

6.2 开关电源的电磁骚扰发射原因分析 89

6.2.1 输入整流回路 89

6.2.2 开关回路 90

6.2.3 次级整流回路 90

6.2.4 控制回路 91

6.2.5 由分布电容引起的骚扰 91

6.3 开关电源电磁骚扰发射的性质分析 92

6.3.1 开关电源的射频性质的电磁骚扰 92

6.3.2 开关电源的谐波电流发射问题 92

6.4 开关电源的电磁骚扰抑制技术概述 94

6.4.1 软开关技术在开关电源中的应用 95

6.4.2 开关频率的调制 96

6.4.3 优化功率开关管驱动电路的设计 97

6.4.4 无源滤波技术 98

6.4.5 共模干扰的有源抑制技术 98

6.4.6 印制电路板的设计 99

6.4.7 元器件的选择 99

第7章 开关电源的辐射骚扰及其抑制方法 100

7.1 开关电源的辐射发射 100

7.1.1 开关电源的辐射骚扰发生 100

7.1.2 由“环天线”引起的电磁辐射 101

7.2 通过减小环路面积来减小开关电源的辐射噪声 102

7.3 通过采用缓冲吸收来降低开关频率中的高次谐波成分 105

7.3.1 对初级高频高压逆变回路的处理 106

7.3.2 对次级整流回路的处理 107

7.4 通过开关电源印制电路板的设计来减小辐射噪声 108

第8章 开关电源传导骚扰和电源线输入滤波器 110

8.1 开关电源传导骚扰测量结果的数值分析 110

8.2 开关电源传导骚扰的一般抑制技术 111

8.2.1 差模滤波的分析 111

8.2.2 共模传导骚扰抑制的分析 112

8.3 电源线滤波器的作用 114

8.3.1 电源线滤波器的种类 115

8.3.2 电源线滤波器的主要型式 115

8.3.3 开关电源的电源线输入滤波器 116

8.4 电源线滤波器插入损耗的测量 118

8.4.1 插入损耗的定义 118

8.4.2 插入损耗的测量 118

8.5 开关电源输入滤波器的设计 119

8.6 开关电源输入滤波器中电感器的设计 119

8.6.1 共模电感的工作原理 120

8.6.2 共模电感的磁芯材料 120

8.6.3 开关电源中采用铁氧体磁芯为材料的共模电感 121

8.6.4 适合于做共模电感的磁芯的形状 122

8.6.5 共模电感器的电感量的选择 122

8.6.6 共模电感的设计 123

8.6.7 共模电感的绕制 123

8.6.8 共模电感器中的寄生差模电感 126

8.6.9 影响共模电感器高频特性的几个因素 126

8.6.10 差模电感和差模电感的磁芯选择 127

8.6.11 常用的差模电感磁芯材料 127

8.6.12 差模电感设计和制作中的其他问题 129

第9章 开关电源的瞬变干扰抑制问题 130

9.1 电磁干扰 130

9.1.1 电磁干扰的存在方式 130

9.1.2 对干扰方式的判断 131

9.1.3 电源线上干扰的类型 132

9.1.4 干扰进入设备的途径 132

9.1.5 干扰对设备工作的影响 133

9.1.6 干扰的抑制技术 133

9.2 瞬变干扰吸收器件 134

9.2.1 气体放电管 135

9.2.2 金属氧化物压敏电阻（MOV） 141

9.2.3 硅瞬变电压吸收二极管（TVS管） 148

9.2.4 固体放电管 156

9.2.5 瞬变电压吸收器件使用过程中的几个共性问题 160

9.2.6 组合式保护器 161

9.3 铁氧体抗干扰磁芯 163

9.3.1 铁氧体抗干扰磁芯的工作原理 163

9.3.2 铁氧体抗干扰磁芯的应用 164

9.3.3 铁氧体抗干扰磁芯的材料、形状和尺寸选择 165

9.3.4 铁氧体抗干扰磁芯的使用要点 171

9.3.5 铁氧体抗干扰磁芯使用举例 172

9.4 隔离变压器 173

9.4.1 概述 173

9.4.2 最简单的隔离变压器 173

9.4.3 带屏蔽层的隔离变压器 174

9.4.4 高性能隔离变压器（超级隔离变压器） 175

9.4.5 隔离变压器的安装 178

9.4.6 隔离变压器与滤波器和浪涌抑制器件的配合使用 179

第10章 开关电源的印制电路板设计 180

10.1 概述 180

10.2 印制电路板的常用材料和安装方法 180

10.2.1 印制电路板的常用材料 180

10.2.2 印制电路板的主要电气性能 182

10.2.3 印制电路板的元器件安装方法 183

10.3 印制电路板布局上的一般考虑 183

10.4 印制电路板的地线问题 187

10.5 印制电路板的布线与布局问题 189

10.6 开关电源的印制电路板设计举例 193

10.6.1 TOPSwitch单片开关电源例 193

10.6.2 降压型开关电源功率电路布线例 195

第11章 开关电源中的高频变压器 198

11.1 开关电源中高频变压器的损耗和导线的线径选择 198

11.1.1 直流损耗 198

11.1.2 交流损耗 198

11.2 高频变压器设计中必须注意的问题 198

11.2.1 初级线圈的泄漏电感 198

11.2.2 线圈本身的分布电容 199

11.2.3 初、次级线圈间的耦合电容 200

11.3 高频变压器的绕制问题 200

11.3.1 初级绕组 201

11.3.2 初级偏压绕组 201

11.3.3 次级绕组 202

11.3.4 对高频变压器绕组绕制顺序的说明 204

11.3.5 小结 204

11.4 高频变压器的屏蔽问题 204

11.4.1 高频变压器绕组之间的屏蔽 204

11.4.2 高频变压器的磁场屏蔽 205

11.5 高频变压器的绝缘问题 206

11.5.1 加强高频变压器绝缘的方法 206

11.5.2 在高频变压器中采用多重绝缘导线 208

11.6 高频变压器的噪声问题 211

第12章 适用于开关电源电磁干扰抑制的片式元件 213

12.1 片式电磁兼容对策器件的应用例 213

12.2 片式铁氧体磁珠 214

12.2.1 片式铁氧体磁珠的工作原理 214

12.2.2 片式铁氧体磁珠的分类 215

12.3 片式电感和片式共模电感 217

12.3.1 概述 217

12.3.2 片式电感 217

12.3.3 片式电感与片式磁珠的区别 218

12.3.4 片式共模电感器 218

12.3.5 片式共模电感器举例 219

12.4 片式电容器 220

12.4.1 片式叠层陶瓷介质电容器 220

12.4.2 片式电容器在设备电磁干扰抑制中的应用 222

12.4.3 片式电容器的线路形式 223

12.4.4 不同片式电容器的比较 227

12.5 片式高频噪声抑制组件 227

12.5.1 各种不同的片式高频噪声滤波组件 228

12.5.2 高频噪声滤波组件使用中一个应当注意的问题 233

12.6 片式压敏电阻 235

12.6.1 片式叠层压敏电阻的结构和工作原理 235

12.6.2 片式叠层压敏电阻的特点 236

12.6.3 片式叠层压敏电阻例 237

12.7 片式电磁兼容对策器件的应用例 241

12.7.1 片式对策器件的组合使用例（磁珠与三端电容器的结合） 241

12.7.2 电源线的噪声抑制对策例 242

12.7.3 开关电源中采用片式三端电容器与铝电解、钽电解电容器组合改善滤波的高频特性 245

12.7.4 信号线的噪声抑制对策 246

12.7.5 片式电容器的使用问题 248

12.7.6 片式压敏电阻的使用问题 250

第13章 开关电源电磁兼容设计、试验和对策案例分析 252

案例1：电磁骚扰辐射发射超标的诊断和整改步骤 252

案例2：开关电源高频变压器的屏蔽层应用问题 255

案例3：由多个开关电源组成的电源系统的电磁兼容性考虑 258

案例4：便携式智能温度计开关电源的电磁兼容性设计 263

案例5：在电源线上使用铁氧体抗干扰磁芯 265

案例6：由通信设备集线器电源引起的辐射发射超标 266

案例7：开关电源的电磁兼容性设计、试验和对策例 267

案例8：设备内部电源布线不当造成的辐射超标 274

案例9：错误接地线引起的辐射超标 277

案例10：防雷器件的正确安装 279

案例11：在浪涌试验中因为磁珠使用位置不当造成被保护芯片的损坏 281

案例12：电源滤波器的安装使用问题 281

案例13：同类产品、不同布局引起的传导骚扰超标问题 283

案例14：房间电加热器浪涌抗扰度试验不合格问题处理 285

案例15：对电子变压器传导发射和浪涌抗扰度试验不合格的整改 286

案例16：电容器的容量对集成电路电源去耦效果的影响 289

案例17：开关电源输出纹波和噪声的测量和抑制 292

案例18：工业自动化设备的结构与电磁兼容试验 297

第14章 电磁兼容故障诊断和常用处理方法 300

14.1 设备的辐射发射超标 300

14.2 设备的传导发射超标 311

14.3 设备的静电放电抗扰度试验不合格 313

14.4 设备的射频辐射电磁场抗扰度试验不合格 318

14.5 设备的脉冲群干扰抗扰度试验不合格 320

14.6 设备的浪涌抗扰度试验不合格 324

14.7 设备的射频场感应所引起的传导抗扰度试验不合格 325

14.8 设备的电压跌落、短时中断抗扰度试验不合格 326

14.9 设备在调试过程中的电磁兼容性故障定位 327