電磁干擾濾波器綜述

　　選擇這些器件需要確定干擾的類型和來源，及其適用的標準

　　現(xiàn)在生產的所有電子設備都包含電磁干擾濾波電路。同樣，所有開關型電源都有內部的電磁干擾濾波器。但是，在有些環(huán)境中，這些電子器件的電磁干擾濾波器需要輔助濾波器，以便滿足更加苛刻的電噪聲管制或者保護器件免受過多的外部噪聲源干擾。

定義噪聲

　　電磁干擾可以是傳導型的電磁干擾，也就是說干擾噪聲沿著電導體、電線、印刷電路的線路或者變壓器、電感、電容、半導體以及電阻器等電子元件傳輸。

　　電噪聲也可以是輻射型電磁干擾（RFI），它像磁場或無線電波一樣通過空氣或自由空間傳輸。輻射性電磁干擾通常是由提供金屬屏蔽的方法來控制的，金屬屏蔽包含設備外殼內的磁場或無線電波。

滿足電磁兼容性（EMC）標準

　　使用電磁干擾濾波電路是為了使最終產品滿足適用的電磁兼容性標準。被引用最多的電磁兼容性標準是適用于IT設備的EN55022，適用于工業(yè)設備的EN55011以及在美國國內適用于商品或工業(yè)設備的FCC的A級標準，或者適用于住宅設備的FFC的B級標準。

　　FCC的B級標準要比A級標準更加嚴格、限制也更多。對于大部分此類標準，傳導型電磁干擾頻率范圍通常被定義在150kHz～30MHz之間，正如頻譜分析儀的測量結果。在有些情況下，這個范圍的下限會低至10kHz。與之形成對比的是，輻射型電磁干擾通常定義在30MHz～1GHz范圍內。

電磁干擾源

　　大部分電氣和電子設備都會產生電磁干擾，而且會受電磁干擾影響。它無處不在，其中包含交流電動機、熒光燈/鎮(zhèn)流器、調光器、微波爐、微處理器以及開關型電源。

　　在開關型電源中，高交流電壓將在50kHz～1MHz的較高頻率范圍內被截斷或轉換。這種高速的開關過程是開關型電源所固有的，與線性電源相比，它提高了效率并減小了體積。

　　但是，這會產生一種副作用，即這種開關會產生有害的電磁干擾。事實上，開關型電源中大部分傳導型電磁干擾來源于主開關MOSFET、晶體管以及輸出整流器。

　　無論是在電源還是在電子設備的內部，保持內部產生的噪聲不向外泄漏以及防止外部交流線路噪聲進入設備，這正是電磁干擾濾波器的功能。電磁干擾濾波器通常由無源電子元件的網(wǎng)絡組成，這些元件包括電容和電感，它們組成LC電路。

　　因為有害的電磁干擾的頻率要比正常信號頻率高得多，所以電磁干擾濾波器是通過選擇性地阻攔或分流有害的高頻來發(fā)揮作用的?；旧希姶鸥蓴_濾波器的感應部分被設計作為一個低通器件使交流線路頻率通過，同時它還是一個高頻截止器件。

　　電磁干擾濾波器的其他部分使用電容來分路或分流有害的高頻噪聲，使這些有害的高頻噪聲不能到達敏感電路。最終結果是，電磁干擾濾波器顯著降低或衰減了所有要進入或離開受保護電子器件的有害噪聲信號。

共模和差模噪聲

　　傳導型電磁干擾主要分為兩種類型：共模噪聲（CMN）以及差模噪聲（DMN）。共模噪聲又稱為非對稱噪聲或線路對地的噪聲，在交流輸入的兩端（輸電線和中線）都存在這種噪聲，兩者對地的相位保持同相。

　　共模噪聲的電流在兩個輸電線上以相同的方向流動并通過地線返回。共模噪聲可以通過在電磁干擾濾波器中放置與每條輸電線串聯(lián)的電感并在兩個輸電線和地之間使用Y電容進行連接來予以抑制。

　　差模噪聲又稱為正常型、對稱噪聲或線路間噪聲，它存在于交流線路和中性導線中，二者相位差為180°。差模噪聲的電流沿著一條交流線流出，并沿著另一條交流線返回。在地線中不存在差模噪聲電流。

　　差模噪聲可以通過在電磁干擾濾波器中使用X電容進行抑制，電容連接在輸電線（輸電線和中線）之間，對差模信號起到高頻分流的作用。在差模噪聲非常大的情況下，可能需要增加差模抑制電感。有些混合型電感所包含的線圈可以同時抑制共模和差模噪聲。

寄生噪聲

　　寄生噪聲與電路中意外產生或傳輸?shù)碾娫肼暎ü材Ｔ肼暫筒钅Ｔ肼暎┯嘘P。例如，安裝在PCB上的開關型半導體器件或帶有細小絕緣體的散熱片可能會包含少量的寄生或雜散電容元件。

　　這些在高頻處被忽視的雜散電容元件，或者其帶有非?？焖俚拈_關脈沖上升和下降時間，會促進寄生噪聲向電路或系統(tǒng)中其他部分的傳輸和耦合。這一點適用于所有的電子元件。

　　例如，在變壓器的線圈之間存在無法完全消除的少量電容元件。同樣，在電容和印刷電路的線路內部，在高頻處會存在很小的電感元件，它們會導致有害的寄生噪聲在點與點之間傳播。寄生噪聲是開關型電源以及許多電子OEM產品中共模和差模噪聲的一種主要形成因素。

圖1 原理圖

　　這張原理圖顯示了一種用于抑制傳導型電磁干擾噪聲的典型電磁干擾濾波器。在圖1中，共模噪聲是通過使用雙重纏繞的環(huán)形電感來進行抑制的（LCM1和LCM2）。這些電感在單個鐵芯上的纏繞方式使得它們對每條交流電線上的同相共模噪聲表現(xiàn)出很高的阻抗。此外，Y電容（CY1和CY2）將高頻共模噪聲分流或分路到地。

　　每條交流電線上的差模噪聲是通過2個X電容（CX1和CX2）來進行抑制的，這兩個電容趨向于將交流輸電線和中線之間存在的非同步高頻差模噪聲中和。在供電切斷之后，這些電容將通過輸入電阻進行放電。

需要額外濾波的情況

　　雖然所有交流或直流電源都帶有符合各種EMC標準的內部電磁干擾濾波器，但是有些情況下，使用這些電源的電路或系統(tǒng)其所產生的電噪聲遠遠超過濾波器自身的承受能力。在其他情況中，如果多個供電電源使用相同的交流電源，那么每個電源的內部電磁干擾濾波器所包含的或沒有濾除的少量噪聲會產生疊加，使噪聲超過可以承受的范圍。

　　此外，有時進入供電電源的交流輸電線帶有很多的噪聲，因此需要額外的電磁干擾濾波器。這種輸入噪聲可能以能量的尖峰或猝發(fā)脈沖形式存在。它可能是自然原因引起的，如雷雨，也可能是人為產生的，如所操作的某個工業(yè)設備含有大型的電動機、制動器、螺線管等。

　　在以上所有情況中，可能需要安裝外部或輔助電磁干擾濾波器，以便將電噪聲降低到可以接受的等級。這些電磁干擾的考慮事項適用于所有電子產品或系統(tǒng)的設計和安裝。

　　標準的外部電磁干擾濾波器通常帶有單級LC電路，類似于圖1所示電路。較高性能的電磁干擾濾波可能需要兩級LC電路。此外，如果來自電動機或電擊的電尖峰會構成潛在威脅，就應該使用帶有高電壓脈沖衰減功能的電磁干擾濾波器。

電磁干擾濾波器規(guī)格

　　在選擇電磁干擾濾波器時，必須考慮許多規(guī)格和額定值。其中包括外殼大小、I/O連接、裝配類型、安全部門許可、工作電壓、工作電流（交流或直流安培）、泄露電流、隔離電阻、能承受的測試電壓、高壓脈沖或尖峰衰減、工作溫度范圍、直流電阻以及插入損耗。

　　對于醫(yī)療應用而言，總裝配安裝后的泄漏電流以及可承受的測試電壓對于滿足患者安全有關的EMC需求是非常重要的參數(shù)。

　　這張插入損耗圖顯示了高性能電磁干擾濾波器中衰減隨頻率的變化。

　　電磁干擾濾波器的插入損耗信息如圖2所示，通常以圖表、圖形或表格的方式給出，它顯示了電磁干擾濾波器在工作范圍內衰減或抑制傳導型差模和共模噪聲的性能。

圖2 插入損耗圖

電磁兼容性測試

　　如上所述，大多數(shù)用于傳導型電磁干擾輻射的EMC標準中所指定的常用頻率范圍都是150kHz～30MHz。為了確定某個電子器件滿足指定標準的限制，必須使用頻譜分析儀和線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡（LISN）進行測試。
交流電源是通過LISN連接到待測設備的。LISN將測量阻抗標準化為50Ω并提供了到頻譜分析儀的隔離RF輸出，后者提供了來自設備的傳導發(fā)射的圖形。