EMI噪聲分析與EMI濾波器設(shè)計(jì)

這種差模干擾電流會(huì)給負(fù)載電路帶來(lái)非常不利的影響，特別是輸出濾波電容濾波不足時(shí)，表現(xiàn)得特別厲害，它會(huì)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(shí)，還會(huì)導(dǎo)致電路誤觸發(fā)，從而引起整個(gè)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(duì)象。要徹底解決電磁干擾問(wèn)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(huì)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(huì)使開關(guān)電源的轉(zhuǎn)換效率降低，所以，對(duì)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(jí)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(shí)，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(shí)，高頻變壓器進(jìn)行諧振復(fù)位，此時(shí)它的諧振峰值為100 V。噪聲尖峰瞬時(shí)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(huì)引起很強(qiáng)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(jí)線圈回路上并聯(lián)一個(gè)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?？梢?，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(duì)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(lái)自電源端的EMI噪聲對(duì)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(dú)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(gè)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(huì)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(gè)獨(dú)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(hào)，以使這些共模EMI信號(hào)無(wú)法在電源線上進(jìn)行傳導(dǎo)。L3和CX則組成L-N獨(dú)立端口間的低通濾波器，可用來(lái)抑制電源線上的差模EMI信號(hào)。這兩方面結(jié)合起來(lái)，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)電源線上共模EMI信號(hào)和差模EMI信號(hào)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(duì)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(cuò)誤的安裝方式不但起不到抑制噪聲的作用，有時(shí)還會(huì)適得其反。根據(jù)EMI濾波器的特性以及開關(guān)電源的特點(diǎn)，在安裝EMI濾波器時(shí)，主要需注意兩個(gè)方面的問(wèn)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?yàn)镋MI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(jī)殼相連，濾波器的共模濾波電路才會(huì)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(jī)殼相連，同時(shí)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(shí)要避免輸入輸出線繞過(guò)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(guó)的FCC-Paxt-15、德國(guó)的VDE-087l、IEC的CISPR-Pub22等，軍用標(biāo)準(zhǔn)有美國(guó)的MIL-STD-461，我國(guó)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(jī)中不同頻段的EMI噪聲在電源輸入線上的傳導(dǎo)極限。同時(shí)，各標(biāo)準(zhǔn)也都規(guī)定了應(yīng)該測(cè)量的傳導(dǎo)噪聲的頻率范圍，具體見表1所列。相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)有CISPR-Publ7、GJBl52A等。

電磁電容的測(cè)試主要包含傳導(dǎo)和輻射兩個(gè)大項(xiàng)，而傳導(dǎo)和輻射中又包含發(fā)射度和敏感度兩項(xiàng)，所以，一共擴(kuò)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(gè)子項(xiàng)。在GJBl51A-97規(guī)定的有關(guān)開關(guān)電源方面的測(cè)量項(xiàng)目如表2所列。

4 結(jié)束語(yǔ)

如何使整機(jī)通過(guò)電磁兼容測(cè)試是系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員越來(lái)越關(guān)心的事情。要全面、系統(tǒng)的解決電磁兼容問(wèn)題，就必須從最初的設(shè)計(jì)和最基礎(chǔ)的原理入手。研究表明，電磁兼容設(shè)計(jì)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(guò)程的各個(gè)階段。而且電磁兼容設(shè)計(jì)是實(shí)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(shí)進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)，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(cè)試方法，對(duì)整機(jī)通過(guò)電磁兼容測(cè)試是大有裨益的。