EMI噪聲分析與EMI濾波器設(shè)計

這種差模干擾電流會給負(fù)載電路帶來非常不利的影響，特別是輸出濾波電容濾波不足時，表現(xiàn)得特別厲害，它會影響負(fù)載電路中的模擬電路的靈敏度和數(shù)字電路的門限等，嚴(yán)重時，還會導(dǎo)致電路誤觸發(fā)，從而引起整個系統(tǒng)的工作不正常。

2 EMI噪聲抑制及濾波

電磁干擾的三要素是干擾源、干擾途徑、干擾對象。要徹底解決電磁干擾問題，從本質(zhì)上講，就是應(yīng)當(dāng)減小干擾源，只有干擾源的幅值減小了，電磁干擾才會從根本上得到抑制。而要減小開關(guān)電源的EMI干擾幅值，就要使dV/dt、dI/dt減小，即降低開關(guān)速度。但這種方法會使開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率降低，所以，對于這種解決方法，要綜合考慮各方面的因素之后才能采用。

2.1 高頻變壓器初級線圈的RC吸收

單端正激開關(guān)電源的輸入電壓為28 V，當(dāng)功率開關(guān)管、高頻變換器工作時，功率開關(guān)管Ql漏極上的波形如圖7所示，當(dāng)功率開關(guān)管Q1由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r，高頻變壓器進(jìn)行諧振復(fù)位，此時它的諧振峰值為100 V。噪聲尖峰瞬時可達(dá)108 V，這么高的峰值電壓沿著電源輸入線傳導(dǎo)出去，會引起很強的傳導(dǎo)干擾和輻射干擾。

為了降低峰值電壓，可在高頻變壓器初級線圈回路上并聯(lián)一個RC吸收網(wǎng)絡(luò)，圖8所示是并聯(lián)RC電路后功率開關(guān)管Ql的漏極波形，圖中，其諧振峰值為60 V，噪聲尖峰只有66 V。可見，并聯(lián)RC吸收網(wǎng)絡(luò)可以有效降低諧振峰值，從而大大減小對電源端的EMI干擾。

2.2 加裝EMI濾波器

加裝EMI電源濾波器是抑制EMI噪聲最好的方法之一。在電源輸入端加裝EMI電源濾波器可以獲得雙重效果，它既可以抑制開關(guān)電源產(chǎn)生的EMI干擾傳向電源端，亦可抑制來自電源端的EMI噪聲對開關(guān)電源造成的干擾。

EMI電源濾波器的電路結(jié)構(gòu)如圖9所示，該電路由共模濾波電路和差模濾波電路組成。其中Ll和L2是繞在同一磁芯上的兩只獨立線圈，稱為共模線圈，其所繞線的圈數(shù)相同，線圈繞向相反。這樣。EMI濾波器接入電路后，兩個線圈內(nèi)差模電流產(chǎn)生的磁通在磁罐內(nèi)將互相抵消，因而不會使磁罐達(dá)到磁飽和，因此，兩只線圈的電感值能保持不變。其中，L1和CY1，L2和CY2分別構(gòu)成L-E和N-E兩個獨立端口間的低通濾波器，可以抑制電源線上存在的共模EMI信號，以使這些共模EMI信號無法在電源線上進(jìn)行傳導(dǎo)。L3和CX則組成L-N獨立端口間的低通濾波器，可用來抑制電源線上的差模EMI信號。這兩方面結(jié)合起來，就可實現(xiàn)對電源線上共模EMI信號和差模EMI信號的抑制。

共模電感Ll和L2一般在幾mH至幾十mH，共模電容Cy要在滿足電路要求的條件下盡量取較大值，以便獲得更好的濾波效果。差模電感一般在幾十μH至幾百μH，差模電容Cx要選擇耐壓足夠高的陶瓷電容器。共模電感的磁性材料以高導(dǎo)磁率軟磁材料效果較好，差模電感的磁性材料以具有高飽和磁通密度的金屬鐵粉芯效果較好，最好不要用開口鐵氧體材料。

加裝EMI電源濾波器后，電源線上的噪聲頻譜如圖10所示。和圖2相比較，加裝EMI濾波器對EMI噪聲的抑制十分明顯，在所有的頻段內(nèi)，噪聲均得到了抑制，而且全部符合軍標(biāo)要求。

2.3 EMI電源濾波器的安裝

加裝EMI電源濾波器一定要注意正確的安裝方式，錯誤的安裝方式不但起不到抑制噪聲的作用，有時還會適得其反。根據(jù)EMI濾波器的特性以及開關(guān)電源的特點，在安裝EMI濾波器時，主要需注意兩個方面的問題。第一，EMI電源濾波器的外殼必須接地，而且必須和開關(guān)電源的外殼地連接在一起，這是因為EMI電源濾波器的共模濾波電容都連接在產(chǎn)品的外殼上，只有EMI電源濾波器的外殼與機殼相連，濾波器的共模濾波電路才會起作用，這樣也才能將開關(guān)電源產(chǎn)生的共模干擾電流濾除干凈，而且還要用較粗的導(dǎo)線將濾波器外殼與機殼相連，同時接地阻抗越低，濾波效果越好;第二，EMI電源濾波器必須安裝在電源的入口端，且應(yīng)將濾波器的輸入輸出端盡量遠(yuǎn)離，同時要避免輸入輸出線繞過濾波器而產(chǎn)生交叉干擾。

3 EMI噪聲標(biāo)準(zhǔn)

EMI噪聲的極限標(biāo)準(zhǔn)有美國的FCC-Paxt-15、德國的VDE-087l、IEC的CISPR-Pub22等，軍用標(biāo)準(zhǔn)有美國的MIL-STD-461，我國的軍用標(biāo)準(zhǔn)有GJBl5lA等。這些標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了系統(tǒng)或整機中不同頻段的EMI噪聲在電源輸入線上的傳導(dǎo)極限。同時，各標(biāo)準(zhǔn)也都規(guī)定了應(yīng)該測量的傳導(dǎo)噪聲的頻率范圍，具體見表1所列。相應(yīng)的測試標(biāo)準(zhǔn)有CISPR-Publ7、GJBl52A等。

電磁電容的測試主要包含傳導(dǎo)和輻射兩個大項，而傳導(dǎo)和輻射中又包含發(fā)射度和敏感度兩項，所以，一共擴展為傳導(dǎo)發(fā)射度、傳導(dǎo)敏感度、輻射發(fā)射度、輻射敏感度等四個子項。在GJBl51A-97規(guī)定的有關(guān)開關(guān)電源方面的測量項目如表2所列。

4 結(jié)束語

如何使整機通過電磁兼容測試是系統(tǒng)設(shè)計人員越來越關(guān)心的事情。要全面、系統(tǒng)的解決電磁兼容問題，就必須從最初的設(shè)計和最基礎(chǔ)的原理入手。研究表明，電磁兼容設(shè)計必須從系統(tǒng)研制的初期(即方案論證階段)開始考慮，并應(yīng)貫穿于研制過程的各個階段。而且電磁兼容設(shè)計是實現(xiàn)系統(tǒng)電磁兼容的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有資料表明，若在產(chǎn)品開始研制時進(jìn)行電磁兼容設(shè)計，大約90%的傳導(dǎo)和輻射干擾都可得到控制，由此可見，從EMI噪聲的產(chǎn)生開始分析，從中找到抑制EMI噪聲的方法，并孰知有關(guān)的EMI噪聲測試方法，對整機通過電磁兼容測試是大有裨益的。