散热器形状影响电源端口传导发射【EMC学习】

【现象描述】

某充电器在电源端口的传导骚扰测试的结果，该充电器的电源端口不能达到 EN55022标准中规定的 CLASSB 限值的要求。

【原因分析】

对开关电源来说，开关电路（主要由开关管和高频变压器组成）产生的电磁骚扰是开关电源的主要骚扰源之一。开关电路产生的是脉冲信号，这种脉冲骚扰产生的主要原因是开关管负载为高频变压器初级线圈，是感性负载。在开关管导通瞬间，初级线圈产生很大的涌流，并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压；在开关管断开瞬间，由于初级线圈的漏磁通，致使一部分能量没有从初级线圈传输到次级线圈，储藏在电感中的这部分能量将和集电极电路中的电容、电阻形成带有尖峰的衰减振荡，叠加在关断电压上，形成关断电压尖峰。

这种电源电压中断会产生与初级线圈接通时一样的磁化冲击电流瞬变，这个噪声会传导到输入/输出端，形成传导骚扰，重者有可能击穿开关管。

开关电路是开关电源的核心，而且它产生的 dU/dt 是具有较大辐度的脉冲，频带较宽且谐波丰富。这是很难改变的事实，但是它的传输路径是可控的。所以，对于开关电源来说， 控制骚扰的传输路径也是开关电源 EMC 设计的一个重要部分。

功率开关管是开关电源中形成前面所述脉冲信号的关键器件，它通常有较大的功率损耗，为了散热往往需要安装散热器并与开关管的漏极（集电极）相连（即使不直接相连也会通过分布电容耦合），在这种情况下，散热器也成为了开关电源核心骚扰源中的一部分，下图举例说明了散热器对 EMI的影响。

散热器面积较大的特点， 使散热器表面很容易与其他相对应的 PCB印制线、器件、电源线、地平面等形成较大的寄生电容， 而成为传送骚扰的＂祸源”。

在开关电源的设计中，为了防止散热器成为一悬空的金属片，避免形成不必要的耦合或成为单极发射天线，同时将噪声旁路在较小的低阻抗环路中，所以一般开关电源设计中需要将散热片进行接地或接0v 处理。

在本案例所述的充电器中，散热器虽然已经进行了接0v处理， 但是发现散热器的形状较大， 并延伸到电源输入口，电源输入电路上的滤波器件共模电感Lx、滤波电容等，均与散热片有较近的距离， 因此寄生电容较大， 或者说耦合较大。

骚扰源通过散热器与前极电路的容性耦合，宜接跨过了一些本来应该起作用的滤波器件，使得滤波器件电感、电容等失去了本来应该有的作用，因此测试结果较差。

【处理措施】将散热器的形状做了适当修改，以切断干扰源与前级电路的容性耦合途径。

【思考与启示】散热片虽然不是电子器件，本身不会产生信号或干扰，但是它往往会成为传播信号或干扰的收发器，特别是在开关电源的设计中，散热片的设计对EMC 测试结果将会产生很大的影响，合理设计散热片形状与安装方法，也是开关电源设计工程师需要考虑的。

注：以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》