一次電源輸入EMI電路設(shè)計模塊

1、名 稱一次電源輸入EMI濾波器電路設(shè)計規(guī)范第 11 頁，共 12 頁 輸入EMI濾波器電路設(shè)計規(guī)范規(guī)范編碼：版 本：V1.0密 級：機密華為電氣研究管理部執(zhí)筆人:方旺林頁 數(shù)：共 13 頁 輸入EMI濾波器電路設(shè)計規(guī)范2000年12月22日發(fā)布 2000年12月22日實施深 圳 市 華 為 電 氣 技 術(shù) 有 限 公 司前言本規(guī)范于2000年12月22日首次發(fā)布。本規(guī)范起草單位：一次電源研究部本規(guī)范執(zhí)筆人：方旺林本規(guī)范主要起草人：本規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化審查人：本規(guī)范批準(zhǔn)人： 本規(guī)范修改記錄：更 改 信 息 登 記 表規(guī)范名稱: 輸入EMI電路設(shè)計規(guī)范 規(guī)范編碼: 版本更改原因更改說明更改人更改時間目 錄

2、摘要.5縮寫詞/關(guān)鍵詞/解釋.51.來源.52.適用范圍.53.規(guī)范滿足的技術(shù)指標(biāo)（特征指標(biāo)）.54.詳細(xì)電路圖.55.工作原理簡介.66.設(shè)計、調(diào)試要點.77.局部PCB版圖（可選項）.118.元器件明細(xì)表(詳見附錄).119.附錄.12附錄1.元器件明細(xì)表.12附錄2.應(yīng)用反例（可選項）.14摘要： 本規(guī)范介紹了一種單相輸入EMI電源濾波器電路，該電路一般作為中小功率電源的輸入部分電路，以滿足電源的EMC要求。 關(guān)鍵詞：EMI, 插入損耗縮略詞解釋EMC：Electromagnetic Compatibility，電磁兼容性EMI： Electromagnetic Interference

3、， 電磁干擾1.來源 本規(guī)范中的電路來源于HD48502模塊H2415M1單板，已經(jīng)在HD48502模塊中得到的批量使用驗證。 2.適用范圍 該單元電路參數(shù)只要做適當(dāng)調(diào)試、更改，便可用于絕大部分中小功率電源。3.規(guī)范滿足的技術(shù)指標(biāo)（特征指標(biāo)）本單元電路在HD48502電源中得到驗證。該電源的規(guī)格為：輸入：AC 120V290V輸出：48V/50A輸出功率：2900W實際的測試結(jié)果表明，傳導(dǎo)干擾通過EN55022 CLASS B標(biāo)準(zhǔn)，并有23dB的余量，輻射干擾通過EN55022 CLASS B標(biāo)準(zhǔn)，有23dB的余量。 4. 詳細(xì)電路圖圖1 單元電路原理圖 5. 工作原理簡介 電源濾波器是一種由

4、無源元件構(gòu)成的低通濾波網(wǎng)絡(luò) 。 它毫無衰減地將50Hz, 400Hz 的交流電源功率傳輸?shù)皆O(shè)備上，卻大大衰減通過電源線傳輸?shù)腅MI信號，保護設(shè)備免受其害。同時，它又能抑制設(shè)備本身產(chǎn)生的EMI信號，防止它進入電網(wǎng)，污染電磁環(huán)境，危害其他的設(shè)備。電源EMI濾波器是電子設(shè)備滿足有關(guān)電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的行之有效的器件。 組成電源EMI濾波器的核心元件為：共模電感，差模電感，X和Y電容。其中共模電感和Y電容共同構(gòu)成LC兩階低通濾波器，主要用來抑制共模噪聲，繞制時除了盡量減小雜散電容外，還應(yīng)適當(dāng)控制不平衡電感（一般為1左右，雖然不平衡電感有抑制差模噪音的作用，但不平衡電感太大，容易導(dǎo)致共模電感出現(xiàn)磁芯飽和現(xiàn)象。

5、對差模噪音的抑制和濾除，是由差模電感和X電容來完成的。所要說明的是，EMI濾波器主要是從噪聲傳播途徑方面入手解決EMI問題，所有的EMI電路只能一定程度的降低電磁干擾的對整機性能的影響，對具體的開關(guān)電源來說，還應(yīng)配合噪聲源頭的工作，比如降低開關(guān)量的尖峰，采用合理吸收或軟開關(guān)技術(shù)等來降低電源噪聲的發(fā)射值，本文對此方面不作詳細(xì)論述。6.設(shè)計、調(diào)試要點 1、首先測試未安裝EMI濾波器時的傳導(dǎo)干擾，并與標(biāo)準(zhǔn)限值相比較，列出(150K30MHz內(nèi))各個頻段EMI濾波器所應(yīng)具有的插入損耗 LISN的L、N線傳導(dǎo)干擾測試輸出端分別有差模噪聲及共模噪聲的成分，分別為 ， ，如果對它們施加加減運算，則可直接得到

6、共模干擾 ，及差模干擾 。為實現(xiàn)上述目的，分別使用0°功率合成器及180°功率合成器。 2、根據(jù)未加EMI濾波器時測試的傳導(dǎo)干擾與標(biāo)準(zhǔn)限值的差值， 以 及 我 們 產(chǎn) 品 的現(xiàn)有的空間和成本的的要求，確定EMI濾波器的級數(shù)，結(jié)構(gòu)，元件參數(shù)等等,以滿足不同頻段對EMI濾波器插入損耗的要求。 【1】 根據(jù)產(chǎn)品的達(dá)到電磁兼容的要求的嚴(yán)酷程度，結(jié)合現(xiàn)有的未加EMI濾波器時的干擾的測試結(jié)果，確定級數(shù)： 一般的要求達(dá)到B級標(biāo)準(zhǔn)的，濾波器的級數(shù)一般要求兩級或兩級以上，如果合理利用共模電感的雜散電感，可以只選用兩級共模電感配合相應(yīng)的Y電容和X電容來實現(xiàn)，如果因為沒有其他的原因或條件限制 ，

7、可以考慮選用兩級共模和一級差模電感配合相應(yīng)的X和Y電容來實現(xiàn)，設(shè)計和調(diào)測起來比較簡單。 新50A模塊因為要求體積小，功率密度高，所以給輸入EMI濾波器留有的體積十分的有限 ，所以項目組投入大量的人力物力，進行EMC方面的研究和開發(fā)。利用兩級共模實現(xiàn)B級要求。2 根據(jù)電路的參數(shù)，確定電源濾波器的結(jié)構(gòu)： 電源濾波器的結(jié)構(gòu)，在很大程度上對濾波器的效果起決定性的因素，為了達(dá)到最好的抑制效果，我們要求濾波器的所有的端口的阻抗與相應(yīng)的設(shè)備或功能電路的等效輸入阻抗嚴(yán)重失配。如下的連接在EMI濾波器的設(shè)計中被認(rèn)為是正確的連接：圖2 1 圖22圖23圖21中表示濾波器的輸出表示為容抗，負(fù)載表現(xiàn)為阻抗；圖22中表

8、示濾波器的輸出表示為容抗，負(fù)載表現(xiàn)為感抗；圖23中表示濾波器的輸出表示為感抗，負(fù)載表現(xiàn)為容抗。值得注意的是，我們可以用設(shè)備互換的原則等效出濾波器的輸入阻抗的選用原則。 因為新50A的模塊的主電路的結(jié)構(gòu)，從交流輸入端看過去，差模和共模應(yīng)該等效為容抗，所以我們的濾波器的最后一級選用了圖23的結(jié)構(gòu)，濾波器的等效輸出應(yīng)該為感抗。 實際的電網(wǎng)環(huán)境，一般設(shè)備的交流引線都比較長，并且所有的交流進入設(shè)備前沒有X電容，在絕大多數(shù)的情況下，對于差?？梢詫㈦娋W(wǎng)認(rèn)為是一個感抗輸出的設(shè)備，我們的濾波器就在它的下一級，根據(jù)失配原則圖23，濾波器的輸入等效應(yīng)該為容性。所以我們新50A的輸入表現(xiàn)為容性。 對于我們的共模成分，

9、因為經(jīng)過我們的Listener，再進入我們的設(shè)備，從我們分析LISTENER的結(jié)構(gòu)來講，輸出表現(xiàn)為容性，所以我們EMI濾波器的共模輸入表現(xiàn)為感性。 3參數(shù)設(shè)計及X、Y電容的選型 1如上圖，輸入濾波器采用二級共模電感。為抑制開關(guān)電源發(fā)射EMI的共模段，使其在B級規(guī)定的范圍內(nèi)， 我們選用我們的共模的截至頻率為 Fo=50kHz共模干擾有最好的抑制作用。為什么選擇50KHz的截至頻率，可以通過如下的方法獲得： 通過共模CM值和標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的限值的差值，定位一個坐標(biāo)（ 150K，CM56，在FdB對數(shù)坐標(biāo)系上過此點作一個80dB的直線，和X軸的交點，即是我們的截至頻率。 2關(guān)于共模電感磁性材料的選擇也必須

10、謹(jǐn)慎，一般我們要求共模有比較大的值，比較好的高頻特性，損耗也比較小，整合各種考慮，一般我們選擇高值的鐵氧體。我們在選材時往往發(fā)現(xiàn)，的大小和高頻特性剛好是有矛盾的，所以我們選材時要視電源模塊的傳導(dǎo)干擾的特性而論，如果低頻段比較大，并且很難抑制，那么最好選用值高一點的鐵氧體，如果中高頻段比較大，并且不易抑制，建議選用值比較低的鐵氧體。 從HD4850的傳導(dǎo)干擾的特性 ，我們選用7K的磁性。 3為了有效地抑制傳導(dǎo)干擾，特別是低頻段，電感量越大越有效果，當(dāng)電感磁性材料確定以后，就只能依靠匝數(shù)的多少來確定。因為共模（或差模匝間存在分布電容，容易將高頻干擾信號通過匝間電容直接越過我們的EMI濾波器，所以我

11、們在繞織時要注意： 最好只繞一層，以免層間分布電容太大而將高頻段短路； 最好輸入與輸出抽頭相隔不能太近，否則容易通過分布電容將高頻噪聲直接從輸入端耦合到輸出端，減少EMI濾波器的作用。 如果選用差模電感，一定要注意選擇不易飽和的材料，一般選擇鐵粉芯。 4在確定好頻率，確定好共模磁性材料、匝數(shù)后，我們可以根據(jù)以下的公式選用Y電容的大?。?選取Y電容C329=C334=4700p我們的兩極差模LC的截至頻率分別25KHz和16KHz，兩極差模電感約為共模電感的1，即20uH×240uH，計算的方法可以通過與類似共模LC的截至頻率相同的算法，不過，此時的曲線是由兩條40dB的曲線累加的結(jié)果

12、。 X電容的大小根據(jù)共模的雜散電感和實際的差模的干擾的大小確定，新50A確定為選定第一級X電容C328=1uF，第二級X電容C3311uF、C4291uF、C402474。為X2安規(guī)電容。 泄放電阻R334、R400的選取原則是使X電容在輸入掉電后2秒內(nèi)其電壓跌至安全電壓范圍內(nèi)。并考慮功耗，這里選取300K/0.25W的電阻兩個串聯(lián)。 Cx、Cy的兩種下標(biāo)不僅說明了它們在濾波網(wǎng)絡(luò)中的作用，還表明了它們的安全等級。是指用于這樣的場合，即電容器失效后，不會導(dǎo)致電擊，不危及人身安全，在設(shè)計，選用Cx、Cy電容時，要十分認(rèn)真地考慮X和Y電容的安全性能，因為它直接關(guān)系到整機的安全性能，必須選用通過有關(guān)安

13、規(guī)認(rèn)證機構(gòu)認(rèn)證的電容器。 表1 .X電容的分類和應(yīng)用特性小類使用時的峰值脈沖電壓kV絕緣類型 IEC 664應(yīng)用耐久性試驗前施加的峰值脈沖電壓kVX1>2.5III高脈沖應(yīng)用X2II一般用途X3一般用途表2 Y電容的分類和應(yīng)用小類跨接絕緣類型額定電壓 V耐久性試驗前施加的峰值脈沖電壓kVY1雙重絕緣或增強絕緣Y2基本絕緣或輔助絕緣Y3基本絕緣或輔助絕緣Y4基本絕緣 Y電容的電容量必須受到限制，從而達(dá)到控制在額定頻率電壓作用下，流過它的漏電流的大小和對系統(tǒng)EMC性能的影響。GJB151規(guī)定Y電容的容量應(yīng)不大于0.1uF。Y電容除符合相應(yīng)的電網(wǎng)電壓耐壓外，還要求這種電容器在電氣和機械性能方面

14、有足夠的安全余量，避免在極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象，Y電容的耐壓性能對保護人身安全具有重要意義。 3 插入損耗的測試EMI濾波器結(jié)構(gòu)形式確定后必須用網(wǎng)絡(luò)阻抗特性測試儀測試其幅頻特性。因為由于電感分布電容，Cx、Cy的ESL，以及電路分布參數(shù)的影響，其高頻段的幅頻特性不是一條-40dB/DEC的直線，必須通過測試，不斷調(diào)整元器件參數(shù)及濾波器結(jié)構(gòu)，以獲得滿意的差模、共模插入損耗特性曲線。如測試設(shè)備允許，可在通以額定電流條件下測試EMI濾波器的插入損耗，因為電感在通以電流時，感量會變化，與小信號狀態(tài)測試會有一些差別。 需要特別說明的是，我們的插損的測試的條件是輸入與輸出的等效阻抗都為50歐姆

15、的情況下。我們一般看到的市場上銷售的濾波器的插損也是在50歐姆輸出輸入時的參考值，因為我們電源的實際的等效阻抗可能并不是50歐姆，所以我們的插損的測量結(jié)果只能作為參考。但是總的變化趨勢是一致的。 4、EMI濾波器的優(yōu)化將EMI濾波器安裝在整流模塊外部，測試在額定負(fù)載(滿載)及半載條件下的傳導(dǎo)干擾。這樣做的目的是在優(yōu)化EMI濾波器的各元器件參數(shù)時不受接地、機內(nèi)輻射等條件的影響，容易排除其它因素，得到最優(yōu)EMI濾波器。在用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試EMI濾波器時已得出EMI濾波器各元件對各頻段的插入損耗的影響結(jié)果，可根據(jù)該結(jié)果以及傳導(dǎo)干擾的測試結(jié)果來優(yōu)化EMI濾波器。 5、將EMI濾波器放入機內(nèi)測試傳導(dǎo)干擾如

16、果EMI濾波器帶有屏蔽外殼，并且外殼接地良好，而且其輸入端遠(yuǎn)離輸出端，電源輸入端口屏蔽良好且靠近外殼，傳導(dǎo)干擾的測試結(jié)果是比較理想的。但基于成本、結(jié)構(gòu)、散熱等方面的考慮，有時達(dá)不到理想的條件，那么最好盡量遵循以上原則。7.局部PCB版圖（可選項） 輸入EMI濾波器布局時注意，要注意以下幾點：1、濾波器的輸入輸出線不能有交叉，應(yīng)盡量的分開布線，避免輸入與輸出線之間相互交叉干擾2、濾波電路盡量“直來直去”，避免因為不同級間的距離太近的低頻場的干擾。特別是電感的方向，盡量不要將一級的方向與另一級的易感方向一致。3、X電容的布線可以采用如下的方式： 這樣可以大大增加電容的濾波性能，防止干擾信號的從銅皮旁路。需要提醒的是，布放X電容時一定要將電容并聯(lián)的電流通過的主干上，不能布成旁路的狀態(tài)。否則會大大降低X電容的作用。 Y電容的非保護地端建議采用如上的布線。4、濾波器的地線的布局有較高的要求，在濾波器的空蕩處盡量布成保護地，保護地至少有兩個接地點，一個盡量靠近交流的保護地輸入出，另一個接地電為濾波器的輸出提供回路。5、交流軟啟動回路盡量在模塊的EMI濾波器之后安排，這樣可以最大限度的降低低頻場的竄擾。8.元器件明細(xì)表 參見附錄1元器件明細(xì)表 名 稱一次電源輸入EMI濾波器電路設(shè)計規(guī)范第 12 頁，共 12 頁 9.附錄附錄1.元器件明細(xì)表元件位置序號MRPII編