EMI噪聲分析與EMI濾波器設計

這種差模干擾電流會(huì )給負載電路帶來(lái)非常不利的影響，特別是輸出濾波電容濾波不足時(shí)，表現得特別厲害，它會(huì )影響負載電路中的模擬電路的靈敏度和數字電路的門(mén)限等，嚴重時(shí)，還會(huì )導致電路誤觸發(fā)，從而引起整個(gè)系統的工作不正常。

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(wèn)題，從本質(zhì)上講，就是應當減小干擾源，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(kāi)關(guān)電源的EMI干擾幅值，就要使dV/dt、dI/dt減小，即降低開(kāi)關(guān)速度。但這種方法會(huì )使開(kāi)關(guān)電源的轉換效率降低，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(xiàn)圈的RC吸收

單端正激開(kāi)關(guān)電源的輸入電壓為28 V，當功率開(kāi)關(guān)管、高頻變換器工作時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管Ql漏極上的波形如圖7所示，當功率開(kāi)關(guān)管Q1由導通變?yōu)榻刂箷r(shí)，高頻變壓器進(jìn)行諧振復位，此時(shí)它的諧振峰值為100 V。噪聲尖峰瞬時(shí)可達108 V，這么高的峰值電壓沿著(zhù)電源輸入線(xiàn)傳導出去，會(huì )引起很強的傳導干擾和輻射干擾。

為了降低峰值電壓，可在高頻變壓器初級線(xiàn)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(kāi)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?jiàn)，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(kāi)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噪聲對開(kāi)關(guān)電源造成的干擾。

EMI電源濾波器的電路結構如圖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(xiàn)圈，稱(chēng)為共模線(xiàn)圈，其所繞線(xiàn)的圈數相同，線(xiàn)圈繞向相反。這樣。EMI濾波器接入電路后，兩個(gè)線(xiàn)圈內差模電流產(chǎn)生的磁通在磁罐內將互相抵消，因而不會(huì )使磁罐達到磁飽和，因此，兩只線(xiàn)圈的電感值能保持不變。其中，L1和CY1，L2和CY2分別構成L-E和N-E兩個(gè)獨立端口間的低通濾波器，可以抑制電源線(xiàn)上存在的共模EMI信號，以使這些共模EMI信號無(wú)法在電源線(xiàn)上進(jìn)行傳導。L3和CX則組成L-N獨立端口間的低通濾波器，可用來(lái)抑制電源線(xiàn)上的差模EMI信號。這兩方面結合起來(lái)，就可實(shí)現對電源線(xiàn)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(mǎn)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(kāi)口鐵氧體材料。

加裝EMI電源濾波器后，電源線(xiàn)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，噪聲均得到了抑制，而且全部符合軍標要求。

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(shí)還會(huì )適得其反。根據EMI濾波器的特性以及開(kāi)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(kāi)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(huì )起作用，這樣也才能將開(kāi)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線(xiàn)將濾波器外殼與機殼相連，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，且應將濾波器的輸入輸出端盡量遠離，同時(shí)要避免輸入輸出線(xiàn)繞過(guò)濾波器而產(chǎn)生交叉干擾。

3 EMI噪聲標準

EMI噪聲的極限標準有美國的FCC-Paxt-15、德國的VDE-087l、IEC的CISPR-Pub22等，軍用標準有美國的MIL-STD-461，我國的軍用標準有GJBl5lA等。這些標準都規定了系統或整機中不同頻段的EMI噪聲在電源輸入線(xiàn)上的傳導極限。同時(shí)，各標準也都規定了應該測量的傳導噪聲的頻率范圍，具體見(jiàn)表1所列。相應的測試標準有CISPR-Publ7、GJBl52A等。

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

4 結束語(yǔ)

如何使整機通過(guò)電磁兼容測試是系統設計人員越來(lái)越關(guān)心的事情。要全面、系統的解決電磁兼容問(wèn)題，就必須從最初的設計和最基礎的原理入手。研究表明，電磁兼容設計必須從系統研制的初期(即方案論證階段)開(kāi)始考慮，并應貫穿于研制過(guò)程的各個(gè)階段。而且電磁兼容設計是實(shí)現系統電磁兼容的關(guān)鍵環(huán)節。有資料表明，若在產(chǎn)品開(kāi)始研制時(shí)進(jìn)行電磁兼容設計，大約90%的傳導和輻射干擾都可得到控制，由此可見(jiàn)，從EMI噪聲的產(chǎn)生開(kāi)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(guò)電磁兼容測試是大有裨益的。