EMI濾波器設(shè)計(jì)原理

作者：時(shí)間：2014-01-13 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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激式開(kāi)關(guān)電源為例，如圖4（a）所示，其全橋整流電路電流為斷續(xù)狀態(tài)，電流電壓波形如圖5所示。對(duì)于共模噪聲，圖4(b)所示Zsource可以看作一個(gè)電流源IS和一個(gè)高阻抗ZP并聯(lián)；圖4(c)中對(duì)于差模噪聲，取決于整流橋二極管通斷情況，Zsource有兩種狀態(tài)：當(dāng)其中任意兩只二極管導(dǎo)通時(shí)，Zsource等效為一個(gè)電壓源VS與一個(gè)低值阻抗ZS串連；當(dāng)二極管全部截止時(shí)，等效為一個(gè)電流源IS和一個(gè)高阻抗ZP并聯(lián)。因而噪聲源差模等效阻抗Zsource以2倍工頻頻率在上述兩種狀態(tài)切換[2]。

本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/226955.htm

（a）典型反激式開(kāi)關(guān)電源

（b）共模噪聲源等效電路

（c）差模噪聲源等效電路

圖4 典型反激式開(kāi)關(guān)電源及其噪聲源等效電路

圖5 電源輸入端電壓、電流波形

在前述設(shè)計(jì)過(guò)程中，EMI濾波器元件（電感、電容）均被看作是理想的。然而由于實(shí)際元件存在寄生參數(shù)，比如電容的寄生電感，電感間的寄生電容，以及PCB板布線存在的寄生參數(shù)，實(shí)際的高頻特性往往與理想元件仿真有較大的差異。這涉及到EMC高頻建模等諸多問(wèn)題，模型的參數(shù)往往較難確定，所以，本文僅考慮EMI濾波器的低頻抑制特性，而高頻建?？蓞⒖次墨I(xiàn)[8]等。故ZS及ZP取值與這些寄生電容、電感以及整流橋等效電容等寄生參數(shù)有關(guān)，直接采用根據(jù)電路拓?fù)浼皡?shù)建模的方案求解源阻抗難以實(shí)現(xiàn)，因而，在設(shè)計(jì)中往往采用實(shí)際測(cè)量Zsource。2.2 實(shí)際設(shè)計(jì)步驟

EMI濾波器設(shè)計(jì)往往要求在實(shí)現(xiàn)抑制噪聲的同時(shí)，自身體積要盡可能小，成本要盡可能低廉。同時(shí)，濾波效果也取決于實(shí)際的噪聲水平的高低，分析共模和差模噪聲的干擾權(quán)重，為此，在設(shè)計(jì)前要求確定以下參量，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

1）測(cè)量干擾源等效阻抗Zsource和電網(wǎng)等效阻抗。實(shí)際過(guò)程中往往是依靠理論和經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)，先作出電源的PCB板，這是因?yàn)楣材?、差模的噪聲源和干擾途徑互不相同，電路板走線的微小差異都可能導(dǎo)致很大EME變化。

2）測(cè)量出未加濾波器前的干擾噪聲頻譜，并利用噪聲分離器將共模噪聲VMEASUREE,CM和差模噪聲Vmeasure,CM分離，做出相應(yīng)的干擾頻譜。

接著就可以進(jìn)行實(shí)際的設(shè)計(jì)了，仍以本文中提出的濾波器模型為例，步驟如下。

（1）依照式（9）計(jì)算濾波器所需要的共模、差模衰減，并做出曲線Vmeasure，CM－f和Vmeasure，DM－f，其中Vmeasure，CM和Vmeasure，DM已經(jīng)測(cè)得，Vstandard，CM和Vstandard，DM可參照傳導(dǎo)EMI干擾國(guó)標(biāo)設(shè)定。加上3dB的原因在于用噪音分離器的測(cè)量值比實(shí)際值要大3dB。

(Vreq,CM)dB=(Vmeasure,CM)－(Vstandard,CM)＋3dB

(Vreq,DM)dB=(Vmeasure,DM)－(Vstandard,DM)＋3dB（9）

（2）由圖3可知，斜率分別為40dB/dec和60dB/dec的兩條斜線與頻率軸的交點(diǎn)即為fR,CM和fR，DM。作Vmeasure，CM－f和Vmeasure，DM－f的切線，切線斜率分別為40dB/dec和60dB/dec，比較可知，只要測(cè)量他們與頻率軸的交點(diǎn)，即可得出fR,CM和fR，DM，圖6所示為其示意圖。

（a）實(shí)線為共模目標(biāo)衰減；虛線為斜率為40dB/dec切線

（b）實(shí)線為差模目標(biāo)衰減；虛線為斜率為60dB/dec切線

圖6 fR,DM與fR,CM的確定

（3）濾波器元件參數(shù)設(shè)計(jì)

——共模參數(shù)的選取 Cy