開關(guān)電源作為電子設(shè)備的核心供電單元，其工作穩(wěn)定性直接決定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，開關(guān)電源既容易受到外部電磁干擾(EMI)的影響，自身也會(huì)產(chǎn)生高頻干擾信號(hào)，導(dǎo)致輸出電壓波動(dòng)、設(shè)備誤觸發(fā)甚至故障。因此，提升開關(guān)電源的抗干擾能力成為電源設(shè)計(jì)領(lǐng)域的關(guān)鍵課題。本文結(jié)合電路設(shè)計(jì)、屏蔽技術(shù)、濾波優(yōu)化等核心環(huán)節(jié)，總結(jié)幾項(xiàng)經(jīng)過工程驗(yàn)證的有效措施，為電源設(shè)計(jì)提供實(shí)踐參考。

優(yōu)化電路拓?fù)渑c元件選型，從源頭抑制干擾

電路拓?fù)涞暮侠硇允强垢蓴_設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，科學(xué)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能從源頭減少干擾產(chǎn)生。在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，優(yōu)先選擇低干擾拓?fù)?，如移相全橋拓?fù)?、諧振拓?fù)涞?，這類拓?fù)渫ㄟ^優(yōu)化開關(guān)時(shí)序，降低開關(guān)管的電壓電流應(yīng)力，減少 dv/dt 和 di/dt 帶來的電磁輻射。相比傳統(tǒng)的硬開關(guān)拓?fù)?，軟開關(guān)技術(shù)可使開關(guān)管在零電壓或零電流狀態(tài)下導(dǎo)通 / 關(guān)斷，大幅抑制開關(guān)噪聲的產(chǎn)生，尤其適用于高頻電源系統(tǒng)。

元件選型直接影響抗干擾效果，需重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵器件的電磁兼容性(EMC)指標(biāo)。開關(guān)管應(yīng)選擇開關(guān)速度適中、寄生參數(shù)小的型號(hào)，避免因開關(guān)速度過快導(dǎo)致的尖峰電壓干擾;電解電容需選用低等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效串聯(lián)電感(ESL)的產(chǎn)品，增強(qiáng)濾波穩(wěn)定性，同時(shí)并聯(lián)陶瓷電容補(bǔ)償高頻特性;二極管優(yōu)先采用快恢復(fù)二極管或肖特基二極管，減少反向恢復(fù)時(shí)間帶來的電流振蕩。此外，選用屏蔽型電感、磁珠等磁性元件，可避免磁場(chǎng)耦合干擾，進(jìn)一步提升電路抗干擾能力。

強(qiáng)化屏蔽與接地設(shè)計(jì)，阻斷干擾傳播路徑

屏蔽技術(shù)是阻斷電磁干擾傳播的有效手段，通過金屬屏蔽體將干擾源與敏感電路隔離，減少輻射耦合和傳導(dǎo)耦合。開關(guān)電源的外殼應(yīng)采用導(dǎo)電性良好的金屬材料(如鋁合金、冷軋鋼板)，并保證外殼的完整性，避免開孔過大或縫隙過多導(dǎo)致屏蔽效能下降。對(duì)于電源內(nèi)部的高頻振蕩電路、功率開關(guān)模塊等強(qiáng)干擾源，可采用金屬屏蔽罩單獨(dú)隔離，屏蔽罩需可靠接地，形成等電勢(shì)面，防止干擾信號(hào)外泄。

接地設(shè)計(jì)是抗干擾的核心環(huán)節(jié)，不合理的接地會(huì)導(dǎo)致地電位差，形成干擾環(huán)路。開關(guān)電源應(yīng)采用 “單點(diǎn)接地” 與 “分區(qū)接地” 相結(jié)合的方式：功率回路(輸入濾波、開關(guān)管、變壓器、輸出整流)和控制回路(PWM 控制器、采樣電路、驅(qū)動(dòng)電路)分別設(shè)置獨(dú)立的接地參考點(diǎn)，再通過單點(diǎn)匯接到電源總接地端，避免功率回路的大電流干擾控制回路。同時(shí)，接地線應(yīng)短而粗，降低接地電阻，功率回路的接地線截面積建議不小于 2.5mm2，控制回路的接地線截面積不小于 1mm2，減少地線阻抗帶來的干擾。

完善濾波網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，抑制傳導(dǎo)與輻射干擾

濾波是抑制傳導(dǎo)干擾的主要手段，通過設(shè)計(jì)輸入濾波、輸出濾波和 EMI 濾波網(wǎng)絡(luò)，阻止干擾信號(hào)通過電源線傳播。輸入濾波電路通常采用 “X 電容 + Y 電容 + 共模電感” 的組合結(jié)構(gòu)：X 電容跨接在輸入火線與零線之間，抑制差模干擾;Y 電容分別跨接在火線、零線與地之間，抑制共模干擾;共模電感對(duì)共模干擾信號(hào)呈現(xiàn)高阻抗，對(duì)差模信號(hào)呈現(xiàn)低阻抗，有效衰減共模干擾。輸入濾波電路應(yīng)靠近電源輸入端，縮短干擾信號(hào)的耦合路徑，提升濾波效果。

輸出濾波電路主要用于抑制開關(guān)電源輸出端的紋波電壓和噪聲，通常由電解電容、陶瓷電容和電感組成。電解電容用于抑制低頻紋波，陶瓷電容用于吸收高頻噪聲，電感則與電容構(gòu)成 LC 濾波電路，進(jìn)一步平滑輸出電壓。為提升濾波效能，可采用多級(jí) LC 濾波結(jié)構(gòu)，但需注意避免各級(jí)濾波電路的諧振頻率相互疊加，導(dǎo)致濾波特性惡化。此外，在電源輸出端與負(fù)載之間盡量縮短連線，減少線路阻抗帶來的干擾，若負(fù)載距離較遠(yuǎn)，可在負(fù)載端并聯(lián)補(bǔ)償電容，抑制電壓波動(dòng)。

針對(duì)輻射干擾，除了屏蔽措施外，還可通過優(yōu)化電磁兼容設(shè)計(jì)減少輻射。例如，合理設(shè)計(jì)變壓器的繞組結(jié)構(gòu)，采用三明治繞法或分段繞法，減少漏感和分布電容，降低變壓器的電磁輻射;在開關(guān)管的源極、漏極或集電極、發(fā)射極兩端并聯(lián) RC 吸收電路，抑制開關(guān)過程中產(chǎn)生的尖峰電壓，減少輻射干擾。同時(shí)，電源的引線應(yīng)采用屏蔽電纜或雙絞線，避免引線成為輻射天線，屏蔽電纜的屏蔽層需一端接地，雙絞線的絞合密度越高，抗輻射干擾能力越強(qiáng)。

優(yōu)化 PCB 布局布線，減少干擾耦合

PCB 布局布線的合理性直接影響開關(guān)電源的抗干擾性能，不當(dāng)?shù)牟季謺?huì)導(dǎo)致干擾信號(hào)通過分布參數(shù)耦合。在 PCB 設(shè)計(jì)中，應(yīng)遵循 “強(qiáng)弱電分離”“高低頻分離” 的原則：功率器件(開關(guān)管、整流橋、變壓器)與控制器件(PWM 芯片、運(yùn)放、采樣電阻)分開布局，避免強(qiáng)電回路的高頻干擾耦合到弱電回路;高頻電路(振蕩電路、驅(qū)動(dòng)電路)與低頻電路(采樣電路、基準(zhǔn)電路)保持足夠距離，通常不小于 5cm，減少磁場(chǎng)耦合干擾。

布線時(shí)，功率回路的走線應(yīng)短、直、粗，減少走線長(zhǎng)度和寄生電感，開關(guān)管的漏極、源極和變壓器初級(jí)繞組的連線應(yīng)盡量縮短，避免形成大的干擾環(huán)路?？刂苹芈返淖呔€應(yīng)遠(yuǎn)離功率回路，采用屏蔽線或地線包圍的方式布線，減少干擾耦合。此外，PCB 的地線應(yīng)采用大面積敷銅設(shè)計(jì)，尤其是控制回路的接地參考面，大面積敷銅可降低接地電阻，形成等電勢(shì)面，抑制干擾信號(hào)的耦合。同時(shí)，避免在 PCB 上形成過長(zhǎng)的懸空走線，防止產(chǎn)生天線效應(yīng)，增加輻射干擾。

結(jié)語(yǔ)

開關(guān)電源的抗干擾能力是衡量其性能的重要指標(biāo)，需從電路設(shè)計(jì)、屏蔽接地、濾波優(yōu)化、PCB 布局等多個(gè)維度綜合施策。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)結(jié)合電源的應(yīng)用場(chǎng)景、功率等級(jí)、工作頻率等因素，針對(duì)性地選擇抗干擾措施，同時(shí)通過 EMC 測(cè)試驗(yàn)證設(shè)計(jì)效果，不斷優(yōu)化方案。隨著電子設(shè)備對(duì)電源穩(wěn)定性要求的不斷提高，抗干擾設(shè)計(jì)將成為開關(guān)電源研發(fā)的核心重點(diǎn)，未來需進(jìn)一步探索新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、高效濾波技術(shù)和智能化抗干擾方案，推動(dòng)開關(guān)電源向高可靠性、低干擾方向發(fā)展。