EMC濾波電路的原理與設(shè)計.

1、第一章 開關(guān)電源電路EMI濾波電路原理濾波原理：阻抗失配；作為電感器就是低通更低的頻率甚至直流能通過高阻超過一定頻率后就隔斷住難于通過或者是損耗成熱消散掉，因此電感器濾波靠的是阻抗Z=(R2+(2fL)2)1/2   。也就是分成兩個局部，一個是R渦流損耗，頻率越高越大，直接把雜波轉(zhuǎn)換成熱消耗掉，這種濾波最干凈徹底；一個是2fL 這局部是通過電感量產(chǎn)生的阻擋作用，把其阻擋住。實際都是兩者的結(jié)合。但是要看你要濾除的雜波的頻率，選擇適宜的阻抗曲線。因為電感器是有截止頻率的，超過這個頻率就變成容性，也就失去電感器的根本特性了，而這個截止頻率和磁性材料的特性和分布電容關(guān)系最大，因此

2、要濾波更高的頻率的干擾，就需要更低的磁導率，更低的分布電容。因此一般我們?yōu)V除幾百K以下的共模干擾，一般使用非晶做共模電感器，或者10KHZ以上的高導鐵氧體來做，這樣主要使用阻抗的WL這一方面的特性，主要發(fā)揮阻擋作用。電感器濾波器是通過串聯(lián)在電路里實現(xiàn)。撒旦誰打死多少次順風車安順場。因此：共模濾波電感器不是電感量越大越好 主要看你要濾除的共模干擾的頻率范圍。 先說一下共模電感器濾波原理 共模電感器對共模干擾信號的衰減或者說濾除有兩個原理,一是靠感抗的阻擋作用,但是到高頻電感量沒有了，然后靠的是磁心的損耗吸收作用;他們的綜合效果是濾波的真實效果。當然在低頻段靠的是電感量產(chǎn)生的感抗.同樣的電感器磁心

3、材料繞制成的電感器,隨著電感量的增加,Z阻抗與頻率曲線變化的趨勢是隨著你繞制的電感器的電感量的增加,Z 阻抗峰值電時的頻率就會下降,也就是說電感量越高所能濾除的共模干擾的頻率越低,換句話說對低頻共模干擾的濾除效果越好,對高頻共模信號的濾除效果越差甚至不起作用。這就是為什么有的濾波器使用兩級濾波共模電感器的原因 一級是用低磁導率(磁導率7K以下鐵氧體材料甚至可以使用1000的NiZn材料) 材料作成共模濾波電感器,濾出幾十MHz或更高頻段的共模干擾信號,另一級采用高導磁材料(如磁導率1000015000的鐵氧體材料或著非晶體材料)來濾除1MHz以下或者幾百kHz的共模干擾信號。因此首先要確認你要

4、濾除共模干擾的頻率范圍然后再選擇適宜的濾波電感器材料.電容的阻抗是Z=-1/2fL  那么也就是頻率越高阻抗絕對值越小，那么就是高通低阻，就是頻率越高越能通過，所以電容濾波是旁路，也就是采用并聯(lián)方式，把高頻的干擾通過電容旁路給疏導回去。開關(guān)電源產(chǎn)生的共模噪聲頻率范圍從 10kHz50MHz 甚至更高，為了對這些噪聲有效的衰減，那么在這個頻率范圍內(nèi)，共模電感器就必須提供足夠高的阻抗。因此高磁導率的錳鋅鐵氧體和非晶材料是非常適合的。共模電感器的阻抗Zs 由串聯(lián)感抗Xs 和串聯(lián)電阻Rs 兩局部組成。從圖中我們可以看出在 750kHz 以下，Xs 在Zs 中占主要局部，750kHz 以上Rs

5、 在Zs中占主要局部。對于抑制共模噪聲的電感器，需要在一個磁芯上繞制兩組電流方向相反的導線，并使用高磁導率的磁芯，如磁導率為5k、7k、10k、12k、15k 材料和非晶磁芯等。II-22(雙極濾波)電路舉例說明L1、L2為差模電感；L3為共模電感；Cx1、Cx2為線間電容；Cy1、Cy2為對地電容；R為泄放電阻1.線間電容線間電容，在濾波電路中，跨接在相線之間，用于濾除差模干擾信號在交流電路中通常選用安規(guī)等級為X2的薄膜電容，常用型號如下表。在直流電路中，可根據(jù)電路實際工作電壓，選用相應(yīng)額定電壓的薄膜電容。安規(guī)電容2.對地電容在交流電路中通常選用安規(guī)等級為Y2的瓷片電容，常用型號如下表。在直

6、流電路中，可根據(jù)電路實際工作電壓，選用相應(yīng)額定電壓的瓷片或薄膜電容3.泄放電阻通常采用1M/1W的金屬膜電阻，可根據(jù)電路中所用電容，選用電阻值原那么：5s內(nèi)將電容兩端的電壓降至平安電壓36V；當所需電阻小于1M時，通常采用多只并聯(lián)的方式實現(xiàn)4. II-22濾波電路的特點1該電路專為軍用設(shè)備通過電磁兼容GJB151A/152A-CE102傳導發(fā)射的要求設(shè)計；2顯著降低開關(guān)頻率的高次諧波對電源線的干擾，解決使用開關(guān)電源、逆變器而產(chǎn)生的EMC和EMI問題；3優(yōu)良的共模、差模插入損耗性能，極佳的低頻濾波性能；4在10k50MHz頻段內(nèi)，具有優(yōu)異的抑制干擾的能力；5.II-22濾波器電路元器件參數(shù)該電路

7、以額定電流3A為例，選用元件參數(shù)如下：II-22濾波電路濾波器指標1額定電壓：250VAC/400VDC2工作頻率：DC1000Hz3最大漏電流：不大于0.5mA250V/50Hz4介質(zhì)耐電壓：線線間，1768VDC，1mA，60s；線地間，2000VDC，1mA，60s。5插入損耗50-50插入損耗測試系統(tǒng)注：具體解決方案見?EMI解決方案選用指南?第二章 開關(guān)電源EMC濾波電路解決方案1. 共模電容受漏電流的限制差模濾波電容:跨接在火線和零線之間,對差模電流起旁路作用. 電容值為0.1 1微法.共模濾波電容:跨接在火線或零線與機殼地之間,對共模電流起旁路作用,電容值不能過大,否那么會超過平

8、安標準中對漏電電流( 3.5mA )的限制要求,一般在10000pF以下.醫(yī)療設(shè)備中對漏電流的要求更嚴,在醫(yī)療設(shè)備中,這個電容的容量更小,甚至不用. 共模扼流圈:在普通的濾波器中,往往僅安裝一個共模扼流圈,利用共模扼流圈的漏電感產(chǎn)生適量的差模電感,起到對差模電流的抑制作用.有時,人為地增加共模扼流圈的漏電感,提高差模電感量(想想怎樣能增加漏電感).共模扼流圈的電感量范圍為1mH 數(shù)十mH,取決于要濾除的干擾的頻率,頻率越低,需要的電感量越大. 在一般的濾波器中,共模扼流圈的作用主要是濾除低頻共模干擾,高頻時,由于寄生電容的存在,對干擾的抑制作用已經(jīng)較小,主要依靠共模濾波電容.醫(yī)療設(shè)備由于受到漏

9、電流的限制,有時不使用共模濾波電容,這時,要提高扼流圈的高頻特性(采用前面介紹的一些方法). 根本電路對干擾的濾波效果很有限,僅用在要求最低的場合.要提高濾波器的效果,可在根本電路的根底上增加一些器件,下面列舉一些常用電路: 強化差模濾波方法一:與共模扼流圈串聯(lián)兩只差模扼流圈,增大差模電感; 強化差模濾波方法二:在共模濾波電容的右邊增加兩只差模扼流圈,同時在差模電感的右邊增加一只差模濾波電容; 強化共模濾波:在共模濾波電容右邊增加一只共模扼流圈,對共模干擾構(gòu)成T形濾波; 強化共模和差模濾波:在共模扼流圈右邊增加一只共模扼流圈、再加一只差模電容. 說明:一般情況下不使用增加共模濾波電容的方法增強

10、共模濾波效果,防止接地不良時出現(xiàn)濾波效果更差的問題(見“搭接局部關(guān)于pi形濾波器接地不良的討論)2. 電源線濾波器的特性任何一個電子設(shè)備要滿足電磁兼容的要求,都要在電源線上使用電源線濾波器.現(xiàn)在市場上電源線濾波器的種類繁多,如何選擇濾波器確實是一個頭疼的問題.下面介紹一些選擇濾波器時 要考慮的參數(shù)。 插入損耗:對于干擾濾波器而言,這是最重要的指標,由于電源線上既有共模干擾也有差模干擾,因此濾波器的插入損耗也分為共模插入損耗和差模插入損耗.插入損耗越大越好. 高頻特性:理想的電源線濾波器應(yīng)該對交流電頻率以外所有頻率的信號有較大的衰減,即插入損耗的有效頻率范圍應(yīng)覆蓋可能存在干擾的整個頻率范圍.但幾

11、乎所有的電源線濾波器手冊都僅給出30MHz以下頻率范圍內(nèi)的衰減特性.這是因為電磁兼容標準中對傳導發(fā)射的限制僅到30MHz(軍標僅到10MHz),并且大局部濾波器的性能在超過30MHz時開始變差(誰愿意給用戶留下不好的印象呢?).但實際中,濾波器的高頻特性是十分重要的,后面討論這個問題. 額定工作電流:這是個概念模糊的定義.因為在廠商的產(chǎn)品說明書上并沒有標明電流的定義,是峰值還是有效值.額定工作電流不僅關(guān)系到濾波器的發(fā)熱問題,還影響電感的特性,濾波器中的電感要在峰值條件下不能發(fā)生飽和. 濾波器的體積:電子產(chǎn)品小型化的要求器件小型化.因此設(shè)計人員無一例外地希望濾波器的體積越小越好.濾波器的體積主要

12、由濾波器中的電感決定,而電感的體積取決于額定電流、濾波器的低頻濾波特性.體積小的濾波器一定犧牲了電流容量或低頻特性.3. 改善濾波器高頻特性的方法 為什么要改善電源線濾波器的高頻特性:盡管各種電磁兼容標準中關(guān)于傳導發(fā)射的限制僅到30MHz(舊軍標到50MHz,新軍標到10MHz),但是對傳導發(fā)射的抑制決不能不管高頻.因為,電源線上高頻傳導電流會導致輻射,使設(shè)備的輻射發(fā)射超標.另外,瞬態(tài)脈沖敏感度試驗中的試驗波形往往包含了很高的頻率成分,如果不濾除這些高頻干擾,也會導致設(shè)備的敏感度試驗失敗.電源線濾波器的高頻特性差的主要原因有兩個,一個是內(nèi)部寄生參數(shù)造成的空間耦合,另一個是濾波器件的不理想性.因

13、此,改善高頻特性的方法也是從這兩個方面著手. 內(nèi)部結(jié)構(gòu):濾波器的聯(lián)線要按照電路結(jié)構(gòu)向一個方向布置,在空間允許的條件下,電感與電容之間保持一定的距離,必要時,可設(shè)置一些隔離板,減小空間耦合. 電感:按照前面所介紹的方法控制電感的寄生電容.必要時,使用多個電感串聯(lián)的方式. 差模濾波電容:電容的引線要盡量短.要理解這個要求的含義:電容與需要濾波的導線(火線和零線)之間的聯(lián)線盡量短.如果濾波器安裝在線路板上,線路板上的走線也會等效成電容的引線.這時,要注意保證實際的電容引線最短. 共模電容:電容的引線要盡量短.對這個要求的理解和本卷須知同差模電容相同.但是,濾波器的共模高頻濾波特性主要靠共模電容保證,

14、并且共模干擾的頻率一般較高,因此共模濾波電容的高頻特性更加重要.使用三端電容可以明顯改善高頻濾波效果.但是要注意三端電容的正確使用方法.即,要使接地線盡量短,而其它兩根線的長短對效果幾乎沒有影響.必要時可以使用穿心電容,這時,濾波器本身的性能可以維持到1GHz以上.4. 選擇濾波器的方法由于濾波器會發(fā)生插入增益,因此根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)選擇濾波器就有一定的風險.可能從廠家提供的插入損耗數(shù)據(jù)看濾波器完全符合要求,但是實際效果并不理想.為了防止這種情況的發(fā)生.越來越多的人喜歡使用最壞測試條件. 許多廠家也給出這種“最壞條件下測量的數(shù)據(jù)共用戶參考.5. 電源線濾波器的錯誤安裝1電源線濾波器雖然從電路結(jié)

15、構(gòu)上看是一個簡單的兩端口網(wǎng)絡(luò),在電路圖表示上就是將濾波器串聯(lián)進需要濾波的電路.但是在實際應(yīng)用中,濾波器的性能與其安裝方式有很大的關(guān)系.這是濾波器不同于其它電子器件的一個重點所在.也正是由于許多人沒有認識到這一點,才會發(fā)生許多本來很簡單的電磁兼容問題.這里列舉的兩個錯誤是實際工程中經(jīng)常遇到的. 錯誤一:濾波器與電源端口之間的聯(lián)線過長.這是一個常見的錯誤,之所以說這是個錯誤,有以下兩個原因: 對于抗外界干擾的場合:外面沿電源線傳進設(shè)備的干擾還沒有經(jīng)過濾波,就已經(jīng)通過空間耦合的方式干擾到線路板了,造成敏感度的問題. 對于抗防止干擾發(fā)射(包括傳導發(fā)射和輻射發(fā)射)的場合:線路板上產(chǎn)生的干擾可以直接耦合到

16、濾波器的外側(cè),傳導到機箱外面,造成超標的電磁發(fā)射(包括傳導和輻射). 為什么容易發(fā)生這個錯誤:發(fā)生這個錯誤的原因,除了設(shè)計人員將濾波器當作一個普通的電路網(wǎng)絡(luò)來處理以外,一個容易產(chǎn)生誤導的客觀原因是:設(shè)備的電源線輸入端一般在設(shè)備后面板,而顯示燈、開關(guān)等在設(shè)備的前面板,這樣電源線從后面板進入設(shè)備后,往往首先連接到前面板的顯示燈、開關(guān)上,然后再聯(lián)到濾波器上. 錯誤二:濾波器的輸入/輸出線靠得過近.發(fā)生這個錯誤的原因也是無視了高頻電磁干擾的空間耦合.在布置設(shè)備內(nèi)部聯(lián)線時,為了美觀,將濾波器的輸入、輸出端扎在一起,結(jié)果輸入線和輸出線之間有較大的分布電容,形成耦合通路,使電磁干擾能量實際將濾波器旁路掉,特

17、別是在高頻段,濾波效果變差. 特別提示:處理電磁兼容問題時,要時刻不忘高頻電磁干擾是會通過空間傳播和耦合的,而且并不一定按照你設(shè)計好的電路傳播.在設(shè)計機箱結(jié)構(gòu)時,有一個本卷須知就是:盡量使電源端口遠離信號端口.6. 電源線濾波器的錯誤安裝2濾波器的外殼上都有一個接地端子,這無形中在提醒使用者:濾波器需要接地.因此,在實際工程中,毫無例外地看到濾波器的接地端子上都連著一根接地線.但是,為什么要聯(lián)這根線,卻很少有人知道. 濾波器的接地端子是起什么作用的?:在電源線濾波器的根本電路中,共模濾波電容一端接在被濾波導線上(火線和零線),另一端接到地上.對于濾波器而言,這個地就是濾波器的外殼,而濾波器上的

18、接地端子也就是濾波器的外殼.從濾波器的原理上,我們知道,共模濾波電容的接地端要接到屏蔽機箱或一塊大金屬板上.所以,這個接地端子就是讓你將濾波器連接到機箱或大金屬板上的. 接地端子在實際中有用嗎?:在關(guān)于電容器的討論中,我們已經(jīng)看到,即使很短的引線也會對電容的旁路作用產(chǎn)生極大的影響,因此在制作電磁干擾濾波器時,要想盡一切方法縮短電容引線(甚至使用三端電容或穿心電容).濾波器通過這個接地端子接地,相當于延長了共模濾波電容的引線長度.實際情況說明,這些接地線的長度早已大大超過了可以容忍的程度.因此,這些接地端子通常是沒有用的(除非用很短、很粗的接地線).相反,還有不好的作用,這就是誤導你通過它用一根

19、長導線接地. 正確的接地方式:濾波器的金屬外殼一定要大面積地貼在金屬機箱的導電外表上.7. 濾波器的正確安裝濾波器的輸入和輸出分別在機箱金屬面板的兩側(cè),直接安裝在金屬面板上,使接觸阻抗最小,并且利用機箱的金屬面板將濾波器的輸入端和輸出端隔離開,防止高頻時的耦合.濾波器與機箱面板之間最好安裝電磁密封襯墊(在有些應(yīng)用中,電磁密封襯墊是必須的,否那么接觸縫隙會產(chǎn)生泄漏). 使用這種安裝方式時,濾波器的濾波效果主要取決于濾波器本身的性能,當濾波器本身的性能較差(主要指高頻性能),不值得用這種安裝方式(因為并不能提高濾波器的濾波效果). 軍用設(shè)備中經(jīng)常使用這種安裝方式,否那么可能不能滿足輻射發(fā)射的限制.

20、 民用設(shè)備,雖然電磁兼容標準的要求較松,但是,有些場合對射頻泄漏的限制很嚴格(例如與高靈敏度接收機一起工作的設(shè)備),也要采用這種安裝方式. TEMPEST設(shè)備毫無例外地采用這種濾波方式,因為在這個應(yīng)用場合,需要濾波的有效頻率到達1GHz.這里使用的濾波器內(nèi)用穿心電容做共模濾波電容,并有良好的內(nèi)部隔離措施. 許多產(chǎn)品為了降低本錢,將濾波器直接安裝在線路板上.這種方法從直接本錢上看有些好處,但是,實際的費效比并不高.因為高頻干擾會直接感應(yīng)到濾波電路上的任何一個部位,使濾波器失效.因此,這種方式往往僅適合于干擾頻率很低的場合. 如果設(shè)備使用了這種濾波方式(有些電源上就安裝了濾波電路),一種補救措施是

21、:在電源線入口處安裝一只共模濾波器,這個濾波器可以僅對共模干擾有抑制作用.因為,空間感應(yīng)到導線的上的干擾電壓都是共模形式.電路可以有一個共模扼流圈、兩只共模濾波電容構(gòu)成.如果用穿心電容,可以獲得非常理想的濾波效果.但要注意,這里的共模電容容量與原來的相加,可能導致漏電流超標. 說明:這種將濾波器分成線路板上和端口處兩局部的方法具有很高的費效比,在對本錢控制很嚴,而對干擾抑制要求較高的場合,可以考慮這個方法.8. 地線引發(fā)干擾問題的原因地線干擾的問題是許多人感到困惑的問題.有經(jīng)驗的電路工程師在分析干擾故障時,知道要用示波器檢查地線上的噪聲電壓,但是對這種噪聲產(chǎn)生的原因并不是很清楚.結(jié)果是,面對噪

22、聲電壓束手無策. 應(yīng)用上面給出的信號地的定義,結(jié)合我們具備的電路常識,很容易發(fā)現(xiàn)地線噪聲的秘密: 地線不是等電位體:歐姆定律指出,電流流過一個電阻時,就要在電阻上產(chǎn)生電壓.我們用作地線的導體都是有一定阻抗的,實際上,設(shè)計不當?shù)牡鼐€的阻抗相當大,這在后面討論.因此地線電流流過地線時,就會在地線上產(chǎn)生電壓.我們在設(shè)計電路時,往往將地線作為所有電路的公共地線,因此地線上的電流成份很多,電壓也很雜亂,這就是地線噪聲電壓. 地線噪聲電壓的嚴重性:地線噪聲意味著地線并不是我們做設(shè)計時假設(shè)的:可以作為電位參考點的等電位體,實際的地線上各點的電位是不相同的.這樣,我們設(shè)計電路的假設(shè)(前提)就被破壞了,電路也就

23、不能正常工作了.這就是地線造成電磁干擾現(xiàn)象的實質(zhì). 地線電流路徑不確定:地線電流遵守電流的一般規(guī)律,走阻抗最小的路徑.對于頻率較低的電流,這條路徑比較容易確定,就是電阻最小的路徑,電阻與導體的截面積、長度有關(guān).但是對于頻率較高的電流,確定地線電流的路徑并不容易,實際的地線電流往往并不流過你所設(shè)計的地線.電流失去控制,就會產(chǎn)生一些莫名其妙的問題. 地線設(shè)計的核心:減小地線的阻抗(所以地線要盡量粗，以減少阻抗)9. PCB的電磁兼容設(shè)計-1線路板的兩種輻射機理線路板電磁兼容設(shè)計的目的,除了保證電路工作可靠以外,一個主要的目的就是減小線路板的電磁輻射,保證設(shè)備在較低的屏蔽效能下滿足有關(guān)標準的要求.由

24、于一個電路的電磁輻射和接收的能力往往是一致的,即一個電路的電磁輻射效率高,往往接收效率也高.因此,在設(shè)計中抑制線路板的電磁輻射,同時也就提高了線路板的抗干擾能力. 輻射源:線路板的輻射主要產(chǎn)生于兩個源,一個是PCB走線,另一個是I/O電纜.根據(jù)輻射驅(qū)動電流的模式,輻射分為差模輻射和共模輻射兩種. 差模輻射:電路工作電流在信號環(huán)路中流動,這個信號環(huán)路會產(chǎn)生電磁輻射.由于這種電流是差模的,因此信號環(huán)路產(chǎn)生的輻射稱為差模輻射. 共模輻射:當傳輸信號的導體的電位與鄰近導體的電位不同時,在兩者之間就會產(chǎn)生電流.即使兩者之間沒有任何導體連接,高頻電流也會通過寄生電容流動.這種電流稱為共模電流,它所產(chǎn)生的輻

25、射稱為共模輻射.在電子設(shè)備中,電纜的輻射主要以共模輻射為主. 說明:由于共模電壓都是設(shè)計意圖之外的(除了電場波發(fā)射設(shè)備以外,沒有任何設(shè)備是靠共模電壓工作的),因此共模輻射比差模輻射更難預(yù)測和抑制.10. 單層或雙層板如何減小環(huán)路的面積出于本錢的考慮,在一般民用設(shè)備中都使用單層或雙層印刷線路板.隨著數(shù)字脈沖電路廣泛應(yīng)用,單層板和雙層板的電磁兼容問題越來越突出.造成這種現(xiàn)象的主要原因之一就是信號回路面積過大.不僅產(chǎn)生了較強的電磁輻射,而且使電路對外界干擾敏感.要改善線路板的電磁兼容性,最簡單的方法是減小關(guān)鍵信號的回路面積. 關(guān)鍵信號:從電磁兼容的角度考慮,關(guān)鍵信號主要指能產(chǎn)生較強輻射的信號和對外界

26、敏感的信號.如前所述,能夠產(chǎn)生較強輻射的信號是周期性信號,如時鐘信號或地址的低位信號.對干擾較敏感的信號是指那些電平較低的模擬信號. 減小回路面積的方法:一種簡單的方法是在關(guān)鍵信號線邊上布一條地線,這條地線應(yīng)盡量靠近信號線.這樣就形成了較小的回路面積,減小差模輻射和對外界干擾的敏感度.根據(jù)前面的分析,當在信號線的旁邊加一條地線后,就形成了一個面積最小的回路,信號電流肯定會取道這個回路,而不是其它地線路徑. 如果是雙層線路板,可以在線路板的另一面,緊靠近信號線的下面,沿著信號線布一條地線,地線盡量寬些.這樣形成的回路面積等于線路板的厚度乘以信號線的長度. 根據(jù)前面的討論,雙層板應(yīng)毫無例外地使用地

27、線網(wǎng)格,以減小地線的阻抗.當使用了地線網(wǎng)格后,信號線的鄰近總會有一條地線,形成較小的回路面積.并且在布線時,應(yīng)盡量使關(guān)鍵線靠近地線.只有對特別關(guān)鍵的線(產(chǎn)生很強輻射或特別敏感),才需要在緊靠著信號線的地方設(shè)置地線.線路板邊緣的一些問題：在線路板的邊緣,信號線或電源線上電流會產(chǎn)生更強的輻射.為了防止這種情況的發(fā)生,在線路板的邊緣要注意以下兩點: 第一點：20H規(guī)那么:在線路板的邊緣,地線面比電源層和信號層至少外延出20H,H是線路板上地線面與電源線面或信號線層之間的距離. 這條規(guī)那么也適合于在線路板上的不同區(qū)域的邊緣場合. 第二點：關(guān)鍵線:關(guān)鍵線(時鐘信號線等)不要太靠近線路板的邊緣,這也包括線

28、路板上不同區(qū)域的邊緣.11. 開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機理及其傳播途徑功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動作是導致開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導致了更為嚴重的EMI問題。開關(guān)電源工作時，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時間內(nèi)上升和下降的，因此，開關(guān)電源本身是一個噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;假設(shè)按耦合通路來分,可分為傳導干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本方法是削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑?，F(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說

29、明： 1、二極管的反向恢復時間引起的干擾 交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動電壓，經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時間里，電流會反向流動，致使載流子消失的反向恢復電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。2、開關(guān)管工作時產(chǎn)生的諧波干擾 功率開關(guān)管在導通時流過較大的脈沖電流。例如正激

30、型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負載時近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當采用零電流、零電壓開關(guān)時,這種諧 波干擾將會很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會產(chǎn)生 尖峰干擾。 3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾 無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復期間會引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導干擾；而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時，都會在空間產(chǎn)生電場和磁場。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。 4、其他原因 元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計不夠

31、完美，印刷線路板PCB走線通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。12. 設(shè)計開關(guān)電源時防止EMI的措施1.把噪音電路節(jié)點的PCB銅箔面積最大限度地減小;如開關(guān)管的漏極、集電極，初次級繞組的節(jié)點，等。 2.使輸入和輸出端遠離噪音元件，如變壓器線包，變壓器磁芯，開關(guān)管的散熱片，等等。 3. 使噪音元件如未遮蔽的變壓器線包，未遮蔽的變壓器磁芯，和開關(guān)管，等等遠離外殼邊緣，因為在正常操作下外殼邊緣很可能靠近外面的接地線。 4. 如果變壓器沒有使用電場屏蔽，要保持屏蔽體

32、和散熱片遠離變壓器。 5. 盡量減小以下電流環(huán)的面積：次級輸出整流器，初級開關(guān)功率器件，柵極基極驅(qū)動線路，輔助整流器。 6.不要將門極基極的驅(qū)動返饋環(huán)路和初級開關(guān)電路或輔助整流電路混在一起。7.調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值，使它在開關(guān)的死區(qū)時間里不產(chǎn)生振鈴響聲。8. 防止EMI濾波電感飽和。9.使拐彎節(jié)點和 次級電路的元件遠離初級電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片。10.保持初級電路的擺動的節(jié)點和元件本體遠離屏蔽或者散熱片。11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端。12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線端子。13. 使EMI濾波器對面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離。14.在輔

33、助線圈的整流器的線路上放一些電阻。15.在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻。16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻。17.在PCB設(shè)計時允許放1nF/ 500 V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級的靜端和輔助繞組之間。18.保持EMI濾波器遠離功率變壓器;尤其是防止定位在繞包的端部。19.在PCB面積足夠的情況下, 可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端。20.空間允許的話在開關(guān)功率場效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個小徑向引線電容器米勒電容， 10皮法/ 1千伏電容。21.空間允許的話放一個小的RC阻尼器在直流輸出端。22. 不要把AC插座與初

34、級開關(guān)管的散熱片靠在一起。13. 開關(guān)電源EMI的特點作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強度較大；干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開關(guān)頻率不高從幾十千赫和數(shù)兆赫茲，主要的干擾形式是傳導干擾和近場干擾；而印刷線路板 (PCB)走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場干擾估計的難度。1MHZ以內(nèi)-以差模干擾為主,增大X電容就可解決 1MHZ-5MHZ-差模共?；旌?采用輸入端并一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并解決; 5M-以上以共摸干擾為主

35、,采用抑制共摸的方法.對于外殼接地的,在地線上用一個磁環(huán)繞2圈會對10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);對于25-30MHZ不過可以采用加大對地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCB LAYOUT、輸出線前面接一個雙線并繞的小磁環(huán),最少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器. 30-50MHZ 普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起,可以用增大MOS驅(qū)動電阻,RCD緩沖電路采用1N4007慢管,VCC供電電壓用1N4007慢管來解決. 100-200MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復電流引起,可以在整流管上串磁珠100MHz-200MHz之間大局部出于PFC MOSFET及PFC 二極

36、管,現(xiàn)在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果,水平方向根本可以解決問題,但垂直方向就很無奈了開關(guān)電源的輻射一般只會影響到100M 以下的頻段.也可以在MOS,二極管上加相應(yīng)吸收回路,但效率會有所降低。1MHZ 以內(nèi)-以差模干擾為主1.增大X 電容量；2.添加差模電感；3.小功率電源可采用PI 型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。 1MHZ-5MHZ-差模共?；旌?，采用輸入端并聯(lián)一系列X 電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標并以解決，1.對于差模干擾超標可調(diào)整X 電容量,添加差模電感器，調(diào)差模電感量;2.對于共模干擾超標可添加共模電感,選用合理的電感量來抑制；3.也可改變整流二極管特性來處理一對快速二極管如FR107 一對普通整流二極管1N4007。5M-以上以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法。對于外殼接地的，在地線上用一個磁環(huán)串繞2-3 圈會對10MHZ 以上干擾有較大的衰減作用;可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔, 銅箔閉環(huán).處理后端輸出整流管的吸收電路和初級大電路并聯(lián)電容的大小。對于20-30MHZ，1.對于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對地Y2 電容量或改變Y2 電容位置；2.調(diào)整一二次側(cè)間的Y1 電容