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隨著(zhù)開(kāi)關(guān)電源的迅速發(fā)展和廣泛應用，它們引起的電磁泄露和電磁輻射問(wèn)題越來(lái)越嚴重。電源EMI濾波器作為開(kāi)關(guān)電源的輔助器件，可以有效地抑制開(kāi)關(guān)電源中的傳導干擾。 EMI濾波器又稱(chēng)作電源線(xiàn)濾波器，安裝在電源線(xiàn)與設備之間，既能有效阻止外界的電磁干擾經(jīng)電源線(xiàn)進(jìn)入設備，又能阻擋設備自身工作中產(chǎn)生的電磁騷擾經(jīng)電源線(xiàn)進(jìn)入電網(wǎng)，所以EMI濾波器是電源抗干擾和干擾抑制設計中非常重要的器件。 電磁兼容性問(wèn)題是衡量電子產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標，日益成為電子產(chǎn)品設計中的關(guān)鍵項目。在電源系統設計過(guò)程中，引入電磁兼容性設計，可以提高電源系統的整體抗干擾能力，延長(cháng)系統的使用壽命，確保使用的安全性。 EMC電源線(xiàn)傳導發(fā)射即CE102是用來(lái)測量EUT輸入電源線(xiàn)上的傳導發(fā)射的，而通過(guò)CE102 10 kHz~10 MHz電源線(xiàn)傳導發(fā)射試驗是當前幾乎所有軍用供電設備需滿(mǎn)足的設計要求，EMI濾波器設計不當，將直接導致電源線(xiàn)傳導發(fā)射超標，設計失敗。 請參閱：更多電源管理、數據轉換、RF和無(wú)線(xiàn)設計方案。 1 EMI 濾波器設計 傳導型的EMI 噪聲包括共模噪聲和差模噪聲兩種。共模噪聲存在于所有的交流相線(xiàn)和共模地之間，其產(chǎn)生來(lái)源被認為是電氣回路之間絕緣電流以及電磁耦合等。差模噪聲存在于交流相線(xiàn)之間，產(chǎn)生來(lái)源是脈動(dòng)電流，開(kāi)關(guān)器件的振鈴電流以及二極管的反向恢復電流。所以在進(jìn)行EMI濾波器設計時(shí)，以濾除共模噪聲和差模噪聲為目標開(kāi)展設計。 本文設計了一個(gè)LC 濾波器作為EMI濾波器，其原理框圖如圖1虛線(xiàn)框中所示，圖中負載為一高速開(kāi)關(guān)電路。電路中L1和L2為共模電感，CX1，CX2，CX3，CY1，和CY1為濾波電容，L1，和L2，被設計用來(lái)抑制共模干擾，但由于實(shí)際電感在生產(chǎn)時(shí)的不對稱(chēng)，其對差模干擾也有一定的抑制作用，CX1，CX2和CX3并聯(lián)在電源正負線(xiàn)兩端，主要用來(lái)抑制差模干擾，而CY1 和CY2 分別從負、正電源線(xiàn)引出到共模地，主要用來(lái)抑制共模干擾。 圖1 EMI濾波器原理框圖 共模電感值的選取與負載情況有關(guān)，即電感值與其通過(guò)的額定電流有關(guān)，關(guān)系如表1所示。 LC濾波器的3 dB截止頻率為： 對于共模等效電路，濾波器相當于一個(gè)LCL 濾波器，對于差模等效電路，濾波器相當于一個(gè)CL′CL′C′濾波器，均可通過(guò)公式（1）計算得出所需電容值，差模等效電路中，由于L′值為共模電感生產(chǎn)不精確引入的，值較小，計算時(shí)可忽略不計。 2 EMC試驗情況 依據GJB152A CE102 試驗方法，測試鏈路圖如圖2所示。 圖2 CE102測量配置圖 圖中EUT 為被測設備，在以下兩種條件下開(kāi)展CE102測試： 測試條件一：不加EMI濾波器，開(kāi)關(guān)電路負載情況下的測試； 測試條件二：添加所設計EMI濾波器，開(kāi)關(guān)電路負載情況下的測試。 測試條件一和測試條件二的正線(xiàn)傳導騷擾測試結果圖如圖3、圖4所示。 圖3 測試條件一CE102正線(xiàn)傳導騷擾圖 圖4 測試條件二正線(xiàn)傳導騷擾圖 由測試圖可見(jiàn)，添加所設計濾波器后，超標頻點(diǎn)傳導騷擾雖然得到抑制，但依舊超標，無(wú)法通過(guò)試驗。通過(guò)掃描回線(xiàn)傳導騷擾發(fā)現，回線(xiàn)傳導騷擾與正線(xiàn)在相同頻點(diǎn)處超標，且幅值相差不大，從而可判斷干擾為共模干擾，說(shuō)明該濾波器在設計應用后，共模干擾沒(méi)有得到有效濾除。 3 設計整改 在該EMI 濾波器設計時(shí)，CY1 和CY2 分別從負、正電源線(xiàn)引出到共模地，即將共模干擾信號引導入共模地來(lái)消除共模干擾，可見(jiàn)共模地的設計很關(guān)鍵，而共模地的設計主要體現在PCB設計上。在PCB設計時(shí)，Y電容共模地覆銅面積僅在表層鋪設且面積不大，如圖5 所示（虛線(xiàn)框為實(shí)際共模地覆銅面積），這極有可能是造成EMI濾波器沒(méi)有完全濾除開(kāi)關(guān)電源的共模噪聲的原因所在。 對PCB進(jìn)行更改，增大共模地鋪銅面積，在多層敷設共模地網(wǎng)絡(luò )（該板為6層板），并且將共模地的鋪銅面積覆蓋DC-DC 模塊下面，設計如圖6 所示重新制板生產(chǎn)。 按照上文所述辦法重新進(jìn)行CE102試驗，測試結果圖（正線(xiàn)）如圖7所示，回線(xiàn)情況與正線(xiàn)情況類(lèi)似。 圖5 EMI濾波器共模地布局情況 圖6 整改后的EMI濾波器共模地布局情況 圖7 整改后的正線(xiàn)傳導騷擾圖 可見(jiàn)，經(jīng)重新PCB布局后，濾波器成功將共模噪聲抑制并滿(mǎn)足測試要求，說(shuō)明在PCB設計時(shí)共模地設計對EMI濾波器的設計成功至關(guān)重要。 4 結語(yǔ) EMI濾波器可有效濾除開(kāi)關(guān)電源的共模噪聲和差模噪聲，在開(kāi)關(guān)電源的設計中，越來(lái)越受關(guān)注。一個(gè)原理正確的EMI濾波器設計，在實(shí)際工程應用中，會(huì )由于PCB設計不當，造成濾波器失效。本文通過(guò)CE102實(shí)驗驗證，證明了共模地的PCB設計在EMI濾波器設計中至關(guān)重要，同時(shí)證明了本文設計的EMI濾波器的有效性。 |
