专用车载DC—DC开关电源电磁兼容性分析与整改
摘要 本文分享了专用车载DC-DC开关电源的电磁兼容机理分析、EMC要求，及一款专用DC-DC开关电源的EMC整改案例。如何降低开关电源的辐射发射量和传导发射量，使开关电源不干扰到其他电子产品，是开关电源EMC性能研究的重点方向。
关键词 电磁兼容；EMC；专用；车载；DC-DC；开关电源
DC-DC开关电源属于开关电源的一种，是直流-直流转换的开关电源，一般分为升压式的BOOST拓扑结构和降压式的BUCK拓扑结构。由于12V或24V是我国规定的车辆系统标称电压，因此，车载DC-DC开关电源一般输入电压为12V或24V，输出则根据负载的供电需求及功率需求进行设计调整。
专用车载DC-DC开关电源的电磁兼容设计要综合考虑“专用”和“车载”两方面因素。既要满足汽车电磁兼容设计需求，又要满足专用分系统电磁兼容设计需求。EMI方面，军方要求的全频段范围限值要求比民用汽车的分段要求更加严格；EMS方面，辐射抗扰度的频段范围上限将不仅限于汽车市场的3.1GHz，而要达到军方要求的18GHz；而传导抗扰度也不仅限于满足
汽车电源线和信号线的8种波形，还要达到军方要求的另外4种波形的抗扰测试；最后，汽车产品EMC要求中的静电放电测试，则补充了军方分系统陆军地面EMC要求中的缺口。
1 DC-DC开关电源的EMC分析
开关电源是工作于高频开关状态的能量转换装置，在其工作过程中开关管和输出整流二极管的电压、电流在高频工作时的快速切换产生高的di/dt和高的dv/dt，这种电压和电流脉冲具有较宽的频谱和丰富的谐波成分，从而形成了干扰源。为了减少损耗，提高电源的效率，设计中总是在提高开关管的开关速度，但其速度越快，di/dt、dv/dt的值就越大，噪声电压也越高。这些干扰源通过线束传播出去，就是传导干扰；通过空间传播出去，就是辐射干扰。
开关电源电路中产生干扰源的主要器件是开关管和变压器。开关电源的分布参数也是多数干扰的内在因素，开关电源和散热器之间的分布电容、变压器初次级之间的分布电容、原副边的漏感都是噪声源。
从干扰传播路径上分类，干扰分为差模噪声和共模噪声。差模噪声来源于电源电路的高频
开关工作，在正负母线间形成回路而产生。共模噪声来源于开关管、变压器等高di/dt、dv/dt干扰源通过与机壳、母线之间的电容耦合以及电感耦合，共模干扰电流传输到机壳地上，在正负母线上同向传输形成传导干扰。辐射干扰则是通过形成天线的某根导线、外壳缝隙、散热孔等途径，从空间传播出去[1]。
2 专用车载DC-DC开关电源的EMC要求
汽车零部件一般按电路特性和负载种类划分为10种不同的特性，再针对每种特性进行电磁兼容方案选择。车载DC-DC开关电源按照分类应属于有源电子器件中的电子模块类。需要进行辐射发射、传导发射、辐射抗干扰、射频抗干扰、大电流注入、耦合传导抗干扰、瞬态传导抗干扰、静电放电等9项EMC测试。测试要求和试验方法按照企业标准或者国际标准制定，如CISPR 25、ISO11452-2/4、ISO7637-2/3、ISO 10605等[2]。
專用车载DC-DC开关电源，还应满足GJB151B-2013中关于陆军地面分系统适用的7项EMC测试。具体分别为：
（1）CE102 10KHz～10MHz电源线传导发射
（2）RE102 10KHz～18GHz电场辐射发射
（3）CS101 25Hz～50KHz电源线传导敏感度
（4）CS114 10KHz～400MHz电缆线注入传导敏感度
（5）CS115 电缆束注入脉冲激励传导敏感度汽车辐射
（6）CS116 10KHz～100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度
（7）RS103 10KHz～40GHz电场辐射敏感度
3 整改案例分享
专用车载DC-DC开关电源，作为系统中的骚扰源，在EMC设计上主要侧重于EMI设计。因此，辐射发射和传导发射两项试验是专用车载DC-DC开关电源的两个主要EMC考查项目。在X型号12V-24V输出功率为120W的 DC-DC开关电源EMC军标试验中，CE102通过，但RE102测试分别在12MHz和25MHz频点处出现尖峰超标[3]。
整改过程：通过对频谱仪观察数据的对比分析，不断微调硬件电路滤波方案，最后认为两次的尖峰脉冲是由大电感的固定螺栓产生，在将固定螺栓去掉后，尖峰脉冲消失。
原因分析：电感为感性器件，通电后电感内部产生磁场，固定螺栓为金属杆，在电感中间会改变电感的阻抗，使电感量发生变化，致使电感与原电路设计中的作用发生变化，无法达到设计的滤波作用，使干扰发射出去导致超标。同时螺栓也可能形成发射天线，将干扰发射出去，造成辐射发射超标。
整改措施：电感固定螺栓去掉，改为尼龙扎带结合点胶方式固定。
试验结果：整改后重新进行RE102测试，结果满足限值要求。
4 总结
开关电源因其体积重量小，效率高而广泛地应用于各专用及民用领域，但其带来的电磁兼容问题不容小视。专用车载DC-DC开关电源的EMC要求，要同时满足专用和车载两方面的需求。在开关电源整改过程中，需要综合考虑并运用各种抑制干扰措施，才可以有效解决开关电源的EMC问题，使其达到“专用”和“车载”的EMC要求。
参考文献
[1] GJB 151B-2013专用设备和分系统.电磁发射和敏感度要求与测量[S].北京：中国标准，2013.
[2] ISO 7637-2004.道路车辆 由传导和耦合引起的电骚扰[S].北京：中国标准，2004.
[3] ISO 10605-2008.道路车辆 静电放电测试方法[S].北京：中国标准，2008.