EMC濾波電路的原理與設(shè)計(jì)---整理【W(wǎng)ENDA】.doc

第一章 開關(guān)電源電路EMI濾波電路原理濾波原理：阻抗失配；作為電感器就是低通（更低的頻率甚至直流能通過）高阻（超過一定頻率后就隔斷住難于通過）（或者是損耗成熱消散掉），因此電感器濾波靠的是阻抗Z=(R2+(2fL)2)1/2 。也就是分成兩個(gè)部分，一個(gè)是R渦流損耗，頻率越高越大，直接把雜波轉(zhuǎn)換成熱消耗掉，這種濾波最干凈徹底；一個(gè)是2fL 這部分是通過電感量產(chǎn)生的阻擋作用，把其阻擋住。實(shí)際都是兩者的結(jié)合。但是要看你要濾除的雜波的頻率，選擇合適的阻抗曲線。因?yàn)殡姼衅魇怯薪刂诡l率的，超過這個(gè)頻率就變成容性，也就失去電感器的基本特性了，而這個(gè)截止頻率和磁性材料的特性和分布電容關(guān)系最大，因此要濾波更高的頻率的干擾，就需要更低的磁導(dǎo)率，更低的分布電容。因此一般我們?yōu)V除幾百K以下的共模干擾，一般使用非晶做共模電感器，或者10KHZ以上的高導(dǎo)鐵氧體來做，這樣主要使用阻抗的WL這一方面的特性，主要發(fā)揮阻擋作用。電感器濾波器是通過串聯(lián)在電路里實(shí)現(xiàn)。撒旦誰打死多少次順風(fēng)車安順場(chǎng)。因此：共模濾波電感器不是電感量越大越好 主要看你要濾除的共模干擾的頻率范圍。 先說一下共模電感器濾波原理 共模電感器對(duì)共模干擾信號(hào)的衰減或者說濾除有兩個(gè)原理,一是靠感抗的阻擋作用,但是到高頻電感量沒有了，然后靠的是磁心的損耗吸收作用;他們的綜合效果是濾波的真實(shí)效果。當(dāng)然在低頻段靠的是電感量產(chǎn)生的感抗.同樣的電感器磁心材料繞制成的電感器,隨著電感量的增加,Z阻抗與頻率曲線變化的趨勢(shì)是隨著你繞制的電感器的電感量的增加,Z 阻抗峰值電時(shí)的頻率就會(huì)下降,也就是說電感量越高所能濾除的共模干擾的頻率越低,換句話說對(duì)低頻共模干擾的濾除效果越好,對(duì)高頻共模信號(hào)的濾除效果越差甚至不起作用。這就是為什么有的濾波器使用兩級(jí)濾波共模電感器的原因 一級(jí)是用低磁導(dǎo)率(磁導(dǎo)率7K以下鐵氧體材料甚至可以使用1000的NiZn材料) 材料作成共模濾波電感器,濾出幾十MHz或更高頻段的共模干擾信號(hào),另一級(jí)采用高導(dǎo)磁材料(如磁導(dǎo)率1000015000的鐵氧體材料或著非晶體材料)來濾除1MHz以下或者幾百kHz的共模干擾信號(hào)。因此首先要確認(rèn)你要濾除共模干擾的頻率范圍然后再選擇合適的濾波電感器材料.電容的阻抗是Z=-1/2fL 那么也就是頻率越高阻抗絕對(duì)值越小，那么就是高通低阻，就是頻率越高越能通過，所以電容濾波是旁路，也就是采用并聯(lián)方式，把高頻的干擾通過電容旁路給疏導(dǎo)回去。開關(guān)電源產(chǎn)生的共模噪聲頻率范圍從 10kHz50MHz 甚至更高，為了對(duì)這些噪聲有效的衰減，那么在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，共模電感器就必須提供足夠高的阻抗。因此高磁導(dǎo)率的錳鋅鐵氧體和非晶材料是非常適合的。共模電感器的阻抗Zs 由串聯(lián)感抗Xs 和串聯(lián)電阻Rs 兩部分組成。從圖中我們可以看出在 750kHz 以下，Xs 在Zs 中占主要部分，750kHz 以上Rs 在Zs中占主要部分。對(duì)于抑制共模噪聲的電感器，需要在一個(gè)磁芯上繞制兩組電流方向相反的導(dǎo)線，并使用高磁導(dǎo)率的磁芯，如磁導(dǎo)率為5k、7k、10k、12k、15k 材料和非晶磁芯等。II-22(雙極濾波)電路舉例說明L1、L2為差模電感；L3為共模電感；Cx1、Cx2為線間電容；Cy1、Cy2為對(duì)地電容；R為泄放電阻1.線間電容線間電容，在濾波電路中，跨接在相線之間，用于濾除差模干擾信號(hào)在交流電路中通常選用安規(guī)等級(jí)為X2的薄膜電容，常用型號(hào)如下表。在直流電路中，可根據(jù)電路實(shí)際工作電壓，選用相應(yīng)額定電壓的薄膜電容。（安規(guī)電容）2.對(duì)地電容在交流電路中通常選用安規(guī)等級(jí)為Y2的瓷片電容，常用型號(hào)如下表。在直流電路中，可根據(jù)電路實(shí)際工作電壓，選用相應(yīng)額定電壓的瓷片或薄膜電容3.泄放電阻通常采用1M/1W的金屬膜電阻，可根據(jù)電路中所用電容，選用電阻值（原則：5s內(nèi)將電容兩端的電壓降至安全電壓36V）；當(dāng)所需電阻小于1M時(shí)，通常采用多只并聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)4. II-22濾波電路的特點(diǎn)（1）該電路專為軍用設(shè)備通過電磁兼容GJB151A/152A-CE102傳導(dǎo)發(fā)射的要求設(shè)計(jì)；（2）顯著降低開關(guān)頻率的高次諧波對(duì)電源線的干擾，解決使用開關(guān)電源、逆變器而產(chǎn)生的EMC和EMI問題；（3）優(yōu)良的共模、差模插入損耗性能，極佳的低頻濾波性能；（4）在10k50MHz頻段內(nèi)，具有優(yōu)異的抑制干擾的能力；5.II-22濾波器電路元器件參數(shù)該電路以額定電流3A為例，選用元件參數(shù)如下：II-22濾波電路濾波器指標(biāo)（1）額定電壓：250VAC/400VDC（2）工作頻率：DC1000Hz（3）最大漏電流：不大于0.5mA250V/50Hz（4）介質(zhì)耐電壓：線線間，1768VDC，1mA，60s；線地間，2000VDC，1mA，60s。（5）插入損耗（50-50插入損耗測(cè)試系統(tǒng)）注：具體解決方案見EMI解決方案選用指南第二章 開關(guān)電源EMC濾波電路解決方案1. 共模電容受漏電流的限制差模濾波電容:跨接在火線和零線之間,對(duì)差模電流起旁路作用. 電容值為0.1 1微法.共模濾波電容:跨接在火線或零線與機(jī)殼地之間,對(duì)共模電流起旁路作用,電容值不能過大,否則會(huì)超過安全標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)漏電電流( 3.5mA )的限制要求,一般在10000pF以下.醫(yī)療設(shè)備中對(duì)漏電流的要求更嚴(yán),在醫(yī)療設(shè)備中,這個(gè)電容的容量更小,甚至不用. 共模扼流圈:在普通的濾波器中,往往僅安裝一個(gè)共模扼流圈,利用共模扼流圈的漏電感產(chǎn)生適量的差模電感,起到對(duì)差模電流的抑制作用.有時(shí),人為地增加共模扼流圈的漏電感,提高差模電感量(想想怎樣能增加漏電感).共模扼流圈的電感量范圍為1mH 數(shù)十mH,取決于要濾除的干擾的頻率,頻率越低,需要的電感量越大. 在一般的濾波器中,共模扼流圈的作用主要是濾除低頻共模干擾,高頻時(shí),由于寄生電容的存在,對(duì)干擾的抑制作用已經(jīng)較小,主要依靠共模濾波電容.醫(yī)療設(shè)備由于受到漏電流的限制,有時(shí)不使用共模濾波電容,這時(shí),要提高扼流圈的高頻特性(采用前面介紹的一些方法). 基本電路對(duì)干擾的濾波效果很有限,僅用在要求最低的場(chǎng)合.要提高濾波器的效果,可在基本電路的基礎(chǔ)上增加一些器件,下面列舉一些常用電路: 強(qiáng)化差模濾波方法一:與共模扼流圈串聯(lián)兩只差模扼流圈,增大差模電感; 強(qiáng)化差模濾波方法二:在共模濾波電容的右邊增加兩只差模扼流圈,同時(shí)在差模電感的右邊增加一只差模濾波電容; 強(qiáng)化共模濾波:在共模濾波電容右邊增加一只共模扼流圈,對(duì)共模干擾構(gòu)成T形濾波; 強(qiáng)化共模和差模濾波:在共模扼流圈右邊增加一只共模扼流圈、再加一只差模電容. 說明:一般情況下不使用增加共模濾波電容的方法增強(qiáng)共模濾波效果,防止接地不良時(shí)出現(xiàn)濾波效果更差的問題(見“搭接”部分關(guān)于pi形濾波器接地不良的討論)2. 電源線濾波器的特性任何一個(gè)電子設(shè)備要滿足電磁兼容的要求,都要在電源線上使用電源線濾波器.現(xiàn)在市場(chǎng)上電源線濾波器的種類繁多,如何選擇濾波器確實(shí)是一個(gè)頭疼的問題.下面介紹一些選擇濾波器時(shí) 要考慮的參數(shù)。 插入損耗:對(duì)于干擾濾波器而言,這是最重要的指標(biāo),由于電源線上既有共模干擾也有差模干擾,因此濾波器的插入損耗也分為共模插入損耗和差模插入損耗.插入損耗越大越好. 高頻特性:理想的電源線濾波器應(yīng)該對(duì)交流電頻率以外所有頻率的信號(hào)有較大的衰減,即插入損耗的有效頻率范圍應(yīng)覆蓋可能存在干擾的整個(gè)頻率范圍.但幾乎所有的電源線濾波器手冊(cè)都僅給出30MHz以下頻率范圍內(nèi)的衰減特性.這是因?yàn)殡姶偶嫒輼?biāo)準(zhǔn)中對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射的限制僅到30MHz(軍標(biāo)僅到10MHz),并且大部分濾波器的性能在超過30MHz時(shí)開始變差(誰愿意給用戶留下不好的印象呢?).但實(shí)際中,濾波器的高頻特性是十分重要的,后面討論這個(gè)問題. 額定工作電流:這是個(gè)概念模糊的定義.因?yàn)樵趶S商的產(chǎn)品說明書上并沒有標(biāo)明電流的定義,是峰值還是有效值.額定工作電流不僅關(guān)系到濾波器的發(fā)熱問題,還影響電感的特性,濾波器中的電感要在峰值條件下不能發(fā)生飽和. 濾波器的體積:電子產(chǎn)品小型化的要求器件小型化.因此設(shè)計(jì)人員無一例外地希望濾波器的體積越小越好.濾波器的體積主要由濾波器中的電感決定,而電感的體積取決于額定電流、濾波器的低頻濾波特性.體積小的濾波器一定犧牲了電流容量或低頻特性.3. 改善濾波器高頻特性的方法 為什么要改善電源線濾波器的高頻特性:盡管各種電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于傳導(dǎo)發(fā)射的限制僅到30MHz(舊軍標(biāo)到50MHz,新軍標(biāo)到10MHz),但是對(duì)傳導(dǎo)發(fā)射的抑制決不能不管高頻.因?yàn)?電源線上高頻傳導(dǎo)電流會(huì)導(dǎo)致輻射,使設(shè)備的輻射發(fā)射超標(biāo).另外,瞬態(tài)脈沖敏感度試驗(yàn)中的試驗(yàn)波形往往包含了很高的頻率成分,如果不濾除這些高頻干擾,也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的敏感度試驗(yàn)失敗.電源線濾波器的高頻特性差的主要原因有兩個(gè),一個(gè)是內(nèi)部寄生參數(shù)造成的空間耦合,另一個(gè)是濾波器件的不理想性.因此,改善高頻特性的方法也是從這兩個(gè)方面著手. 內(nèi)部結(jié)構(gòu):濾波器的聯(lián)線要按照電路結(jié)構(gòu)向一個(gè)方向布置,在空間允許的條件下,電感與電容之間保持一定的距離,必要時(shí),可設(shè)置一些隔離板,減小空間耦合. 電感:按照前面所介紹的方法控制電感的寄生電容.必要時(shí),使用多個(gè)電感串聯(lián)的方式. 差模濾波電容:電容的引線要盡量短.要理解這個(gè)要求的含義:電容與需要濾波的導(dǎo)線(火線和零線)之間的聯(lián)線盡量短.如果濾波器安裝在線路板上,線路板上的走線也會(huì)等效成電容的引線.這時(shí),要注意保證實(shí)際的電容引線最短. 共模電容:電容的引線要盡量短.對(duì)這個(gè)要求的理解和注意事項(xiàng)同差模電容相同.但是,濾波器的共模高頻濾波特性主要靠共模電容保證,并且共模干擾的頻率一般較高,因此共模濾波電容的高頻特性更加重要.使用三端電容可以明顯改善高頻濾波效果.但是要注意三端電容的正確使用方法.即,要使接地線盡量短,而其它兩根線的長短對(duì)效果幾乎沒有影響.必要時(shí)可以使用穿心電容,這時(shí),濾波器本身的性能可以維持到1GHz以上.4. 選擇濾波器的方法由于濾波器會(huì)發(fā)生插入增益,因此根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)選擇濾波器就有一定的風(fēng)險(xiǎn).可能從廠家提供的插入損耗數(shù)據(jù)看濾波器完全符合要求,但是實(shí)際效果并不理想.為了避免這種情況的發(fā)生.越來越多的人喜歡使用最壞測(cè)試條件. 許多廠家也給出這種“最壞條件”下測(cè)量的數(shù)據(jù)共用戶參考.5. 電源線濾波器的錯(cuò)誤安裝1電源線濾波器雖然從電路結(jié)構(gòu)上看是一個(gè)簡(jiǎn)單的兩端口網(wǎng)絡(luò),在電路圖表示上就是將濾波器串聯(lián)進(jìn)需要濾波的電路.但是在實(shí)際應(yīng)用中,濾波器的性能與其安裝方式有很大的關(guān)系.這是濾波器不同于其它電子器件的一個(gè)重點(diǎn)所在.也正是由于許多人沒有認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn),才會(huì)發(fā)生許多本來很簡(jiǎn)單的電磁兼容問題.這里列舉的兩個(gè)錯(cuò)誤是實(shí)際工程中經(jīng)常遇到的. 錯(cuò)誤一:濾波器與電源端口之間的聯(lián)線過長.這是一個(gè)常見的錯(cuò)誤,之所以說這是個(gè)錯(cuò)誤,有以下兩個(gè)原因: 對(duì)于抗外界干擾的場(chǎng)合:外面沿電源線傳進(jìn)設(shè)備的干擾還沒有經(jīng)過濾波,就已經(jīng)通過空間耦合的方式干擾到線路板了,造成敏感度的問題. 對(duì)于抗防止干擾發(fā)射(包括傳導(dǎo)發(fā)射和輻射發(fā)射)的場(chǎng)合:線路板上產(chǎn)生的干擾可以直接耦合到濾波器的外側(cè),傳導(dǎo)到機(jī)箱外面,造成超標(biāo)的電磁發(fā)射(包括傳導(dǎo)和輻射). 為什么容易發(fā)生這個(gè)錯(cuò)誤:發(fā)生這個(gè)錯(cuò)誤的原因,除了設(shè)計(jì)人員將濾波器當(dāng)作一個(gè)普通的電路網(wǎng)絡(luò)來處理以外,一個(gè)容易產(chǎn)生誤導(dǎo)的客觀原因是:設(shè)備的電源線輸入端一般在設(shè)備后面板,而顯示燈、開關(guān)等在設(shè)備的前面板,這樣電源線從后面板進(jìn)入設(shè)備后,往往首先連接到前面板的顯示燈、開關(guān)上,然后再聯(lián)到濾波器上. 錯(cuò)誤二:濾波器的輸入/輸出線靠得過近.發(fā)生這個(gè)錯(cuò)誤的原因也是忽視了高頻電磁干擾的空間耦合.在布置設(shè)備內(nèi)部聯(lián)線時(shí),為了美觀,將濾波器的輸入、輸出端扎在一起,結(jié)果輸入線和輸出線之間有較大的分布電容,形成耦合通路,使電磁干擾能量實(shí)際將濾波器旁路掉,特別是在高頻段,濾波效果變差. 特別提示:處理電磁兼容問題時(shí),要時(shí)刻不忘高頻電磁干擾是會(huì)通過空間傳播和耦合的,而且并不一定按照你設(shè)計(jì)好的電路傳播.在設(shè)計(jì)機(jī)箱結(jié)構(gòu)時(shí),有一個(gè)注意事項(xiàng)就是:盡量使電源端口遠(yuǎn)離信號(hào)端口.6. 電源線濾波器的錯(cuò)誤安裝2濾波器的外殼上都有一個(gè)接地端子,這無形中在提醒使用者:濾波器需要接地.因此,在實(shí)際工程中,毫無例外地看到濾波器的接地端子上都連著一根接地線.但是,為什么要聯(lián)這根線,卻很少有人知道. 濾波器的接地端子是起什么作用的?:在電源線濾波器的基本電路中,共模濾波電容一端接在被濾波導(dǎo)線上(火線和零線),另一端接到地上.對(duì)于濾波器而言,這個(gè)地就是濾波器的外殼,而濾波器上的接地端子也就是濾波器的外殼.從濾波器的原理上,我們知道,共模濾波電容的接地端要接到屏蔽機(jī)箱或一塊大金屬板上.所以,這個(gè)接地端子就是讓你將濾波器連接到機(jī)箱或大金屬板上的. 接地端子在實(shí)際中有用嗎?:在關(guān)于電容器的討論中,我們已經(jīng)看到,即使很短的引線也會(huì)對(duì)電容的旁路作用產(chǎn)生極大的影響,因此在制作電磁干擾濾波器時(shí),要想盡一切辦法縮短電容引線(甚至使用三端電容或穿心電容).濾波器通過這個(gè)接地端子接地,相當(dāng)于延長了共模濾波電容的引線長度.實(shí)際情況表明,這些接地線的長度早已大大超過了可以容忍的程度.因此,這些接地端子通常是沒有用的(除非用很短、很粗的接地線).相反,還有不好的作用,這就是誤導(dǎo)你通過它用一根長導(dǎo)線接地. 正確的接地方式:濾波器的金屬外殼一定要大面積地貼在金屬機(jī)箱的導(dǎo)電表面上.7. 濾波器的正確安裝濾波器的輸入和輸出分別在機(jī)箱金屬面板的兩側(cè),直接安裝在金屬面板上,使接觸阻抗最小,并且利用機(jī)箱的金屬面板將濾波器的輸入端和輸出端隔離開,防止高頻時(shí)的耦合.濾波器與機(jī)箱面板之間最好安裝電磁密封襯墊(在有些應(yīng)用中,電磁密封襯墊是必須的,否則接觸縫隙會(huì)產(chǎn)生泄漏). 使用這種安裝方式時(shí),濾波器的濾波效果主要取決于濾波器本身的性能,當(dāng)濾波器本身的性能較差(主要指高頻性能),不值得用這種安裝方式(因?yàn)椴⒉荒芴岣邽V波器的濾波效果). 軍用設(shè)備中經(jīng)常使用這種安裝方式,否則可能不能滿足輻射發(fā)射的限制. 民用設(shè)備,雖然電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)的要求較松,但是,有些場(chǎng)合對(duì)射頻泄漏的限制很嚴(yán)格(例如與高靈敏度接收機(jī)一起工作的設(shè)備),也要采用這種安裝方式. TEMPEST設(shè)備毫無例外地采用這種濾波方式,因?yàn)樵谶@個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合,需要濾波的有效頻率達(dá)到1GHz.這里使用的濾波器內(nèi)用穿心電容做共模濾波電容,并有良好的內(nèi)部隔離措施. 許多產(chǎn)品為了降低成本,將濾波器直接安裝在線路板上.這種方法從直接成本上看有些好處,但是,實(shí)際的費(fèi)效比并不高.因?yàn)楦哳l干擾會(huì)直接感應(yīng)到濾波電路上的任何一個(gè)部位,使濾波器失效.因此,這種方式往往僅適合于干擾頻率很低的場(chǎng)合. 如果設(shè)備使用了這種濾波方式(有些電源上就安裝了濾波電路),一種補(bǔ)救措施是:在電源線入口處安裝一只共模濾波器,這個(gè)濾波器可以僅對(duì)共模干擾有抑制作用.因?yàn)?空間感應(yīng)到導(dǎo)線的上的干擾電壓都是共模形式.電路可以有一個(gè)共模扼流圈、兩只共模濾波電容構(gòu)成.如果用穿心電容,可以獲得非常理想的濾波效果.但要注意,這里的共模電容容量與原來的相加,可能導(dǎo)致漏電流超標(biāo). 說明:這種將濾波器分成線路板上和端口處兩部分的方法具有很高的費(fèi)效比,在對(duì)成本控制很嚴(yán),而對(duì)干擾抑制要求較高的場(chǎng)合,可以考慮這個(gè)方法.8. 地線引發(fā)干擾問題的原因地線干擾的問題是許多人感到困惑的問題.有經(jīng)驗(yàn)的電路工程師在分析干擾故障時(shí),知道要用示波器檢查地線上的噪聲電壓,但是對(duì)這種噪聲產(chǎn)生的原因并不是很清楚.結(jié)果是,面對(duì)噪聲電壓束手無策. 應(yīng)用上面給出的信號(hào)地的定義,結(jié)合我們具備的電路常識(shí),很容易發(fā)現(xiàn)地線噪聲的秘密: 地線不是等電位體:歐姆定律指出,電流流過一個(gè)電阻時(shí),就要在電阻上產(chǎn)生電壓.我們用作地線的導(dǎo)體都是有一定阻抗的,實(shí)際上,設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)牡鼐€的阻抗相當(dāng)大,這在后面討論.因此地線電流流過地線時(shí),就會(huì)在地線上產(chǎn)生電壓.我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí),往往將地線作為所有電路的公共地線,因此地線上的電流成份很多,電壓也很雜亂,這就是地線噪聲電壓. 地線噪聲電壓的嚴(yán)重性:地線噪聲意味著地線并不是我們做設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)的:可以作為電位參考點(diǎn)的等電位體,實(shí)際的地線上各點(diǎn)的電位是不相同的.這樣,我們?cè)O(shè)計(jì)電路的假設(shè)(前提)就被破壞了,電路也就不能正常工作了.這就是地線造成電磁干擾現(xiàn)象的實(shí)質(zhì). 地線電流路徑不確定:地線電流遵守電流的一般規(guī)律,走阻抗最小的路徑.對(duì)于頻率較低的電流,這條路徑比較容易確定,就是電阻最小的路徑,電阻與導(dǎo)體的截面積、長度有關(guān).但是對(duì)于頻率較高的電流,確定地線電流的路徑并不容易,實(shí)際的地線電流往往并不流過你所設(shè)計(jì)的地線.電流失去控制,就會(huì)產(chǎn)生一些莫名其妙的問題. 地線設(shè)計(jì)的核心:減小地線的阻抗(所以地線要盡量粗，以減少阻抗)9. PCB的電磁兼容設(shè)計(jì)-1線路板的兩種輻射機(jī)理線路板電磁兼容設(shè)計(jì)的目的,除了保證電路工作可靠以外,一個(gè)主要的目的就是減小線路板的電磁輻射,保證設(shè)備在較低的屏蔽效能下滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求.由于一個(gè)電路的電磁輻射和接收的能力往往是一致的,即一個(gè)電路的電磁輻射效率高,往往接收效率也高.因此,在設(shè)計(jì)中抑制線路板的電磁輻射,同時(shí)也就提高了線路板的抗干擾能力. 輻射源:線路板的輻射主要產(chǎn)生于兩個(gè)源,一個(gè)是PCB走線,另一個(gè)是I/O電纜.根據(jù)輻射驅(qū)動(dòng)電流的模式,輻射分為差模輻射和共模輻射兩種. 差模輻射:電路工作電流在信號(hào)環(huán)路中流動(dòng),這個(gè)信號(hào)環(huán)路會(huì)產(chǎn)生電磁輻射.由于這種電流是差模的,因此信號(hào)環(huán)路產(chǎn)生的輻射稱為差模輻射. 共模輻射:當(dāng)傳輸信號(hào)的導(dǎo)體的電位與鄰近導(dǎo)體的電位不同時(shí),在兩者之間就會(huì)產(chǎn)生電流.即使兩者之間沒有任何導(dǎo)體連接,高頻電流也會(huì)通過寄生電容流動(dòng).這種電流稱為共模電流,它所產(chǎn)生的輻射稱為共模輻射.在電子設(shè)備中,電纜的輻射主要以共模輻射為主. 說明:由于共模電壓都是設(shè)計(jì)意圖之外的(除了電場(chǎng)波發(fā)射設(shè)備以外,沒有任何設(shè)備是靠共模電壓工作的),因此共模輻射比差模輻射更難預(yù)測(cè)和抑制.10. 單層或雙層板如何減小環(huán)路的面積出于成本的考慮,在一般民用設(shè)備中都使用單層或雙層印刷線路板.隨著數(shù)字脈沖電路廣泛應(yīng)用,單層板和雙層板的電磁兼容問題越來越突出.造成這種現(xiàn)象的主要原因之一就是信號(hào)回路面積過大.不僅產(chǎn)生了較強(qiáng)的電磁輻射,而且使電路對(duì)外界干擾敏感.要改善線路板的電磁兼容性,最簡(jiǎn)單的方法是減小關(guān)鍵信號(hào)的回路面積. 關(guān)鍵信號(hào):從電磁兼容的角度考慮,關(guān)鍵信號(hào)主要指能產(chǎn)生較強(qiáng)輻射的信號(hào)和對(duì)外界敏感的信號(hào).如前所述,能夠產(chǎn)生較強(qiáng)輻射的信號(hào)是周期性信號(hào),如時(shí)鐘信號(hào)或地址的低位信號(hào).對(duì)干擾較敏感的信號(hào)是指那些電平較低的模擬信號(hào). 減小回路面積的方法:一種簡(jiǎn)單的方法是在關(guān)鍵信號(hào)線邊上布一條地線,這條地線應(yīng)盡量靠近信號(hào)線.這樣就形成了較小的回路面積,減小差模輻射和對(duì)外界干擾的敏感度.根據(jù)前面的分析,當(dāng)在信號(hào)線的旁邊加一條地線后,就形成了一個(gè)面積最小的回路,信號(hào)電流肯定會(huì)取道這個(gè)回路,而不是其它地線路徑. 如果是雙層線路板,可以在線路板的另一面,緊靠近信號(hào)線的下面,沿著信號(hào)線布一條地線,地線盡量寬些.這樣形成的回路面積等于線路板的厚度乘以信號(hào)線的長度. 根據(jù)前面的討論,雙層板應(yīng)毫無例外地使用地線網(wǎng)格,以減小地線的阻抗.當(dāng)使用了地線網(wǎng)格后,信號(hào)線的鄰近總會(huì)有一條地線,形成較小的回路面積.并且在布線時(shí),應(yīng)盡量使關(guān)鍵線靠近地線.只有對(duì)特別關(guān)鍵的線(產(chǎn)生很強(qiáng)輻射或特別敏感),才需要在緊靠著信號(hào)線的地方設(shè)置地線.線路板邊緣的一些問題：在線路板的邊緣,信號(hào)線或電源線上電流會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的輻射.為了避免這種情況的發(fā)生,在線路板的邊緣要注意以下兩點(diǎn): 第一點(diǎn)：20H規(guī)則:在線路板的邊緣,地線面比電源層和信號(hào)層至少外延出20H,H是線路板上地線面與電源線面或信號(hào)線層之間的距離. 這條規(guī)則也適合于在線路板上的不同區(qū)域的邊緣場(chǎng)合. 第二點(diǎn)：關(guān)鍵線:關(guān)鍵線(時(shí)鐘信號(hào)線等)不要太靠近線路板的邊緣,這也包括線路板上不同區(qū)域的邊緣.11. 開關(guān)電源電磁干擾的產(chǎn)生機(jī)理及其傳播途徑功率開關(guān)器件的高額開關(guān)動(dòng)作是導(dǎo)致開關(guān)電源產(chǎn)生電磁干擾(EMI)的主要原因。開關(guān)頻率的提高一方面減小了電源的體積和重量，另一方面也導(dǎo)致了更為嚴(yán)重的EMI問題。開關(guān)電源工作時(shí)，其內(nèi)部的電壓和電流波形都是在非常短的時(shí)間內(nèi)上升和下降的，因此，開關(guān)電源本身是一個(gè)噪聲發(fā)生源。開關(guān)電源產(chǎn)生的干擾，按噪聲干擾源種類來分,可分為尖峰干擾和諧波干擾兩種;若按耦合通路來分,可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。使電源產(chǎn)生的干擾不至于對(duì)電子系統(tǒng)和電網(wǎng)造成危害的根本辦法是削弱噪聲發(fā)生源，或者切斷電源噪聲和電子系統(tǒng)、電網(wǎng)之間的耦合途徑。現(xiàn)在按噪聲干擾源來分別說明： 1、二極管的反向恢復(fù)時(shí)間引起的干擾 交流輸入電壓經(jīng)功率二極管整流橋變?yōu)檎颐}動(dòng)電壓，經(jīng)電容平滑后變?yōu)橹绷?，但電容電流的波形不是正弦波而是脈沖波。由電流波形可知，電流中含有高次諧波。大量電流諧波分量流入電網(wǎng)，造成對(duì)電網(wǎng)的諧波污染。另外，由于電流是脈沖波，使電源輸入功率因數(shù)降低。高頻整流回路中的整流二極管正向?qū)〞r(shí)有較大的正向電流流過，在其受反偏電壓而轉(zhuǎn)向截止時(shí)，由于PN結(jié)中有較多的載流子積累，因而在載流子消失之前的一段時(shí)間里，電流會(huì)反向流動(dòng)，致使載流子消失的反向恢復(fù)電流急劇減少而發(fā)生很大的電流變化(di/dt)。2、開關(guān)管工作時(shí)產(chǎn)生的諧波干擾 功率開關(guān)管在導(dǎo)通時(shí)流過較大的脈沖電流。例如正激型、推挽型和橋式變換器的輸入電流波形在 阻性負(fù)載時(shí)近似為矩形波,其中含有豐富的高次諧波分量。當(dāng)采用零電流、零電壓開關(guān)時(shí),這種諧 波干擾將會(huì)很小。另外,功率開關(guān)管在截止期間,高頻變壓器繞組漏感引起的電流突變,也會(huì)產(chǎn)生 尖峰干擾。 3、交流輸入回路產(chǎn)生的干擾 無工頻變壓器的開關(guān)電源輸入端整流管在反向恢復(fù)期間會(huì)引起高頻衰減振蕩產(chǎn)生干擾。開關(guān)電源產(chǎn)生的尖峰干擾和諧波干擾能量，通過開關(guān)電源的輸入輸出線傳播出去而形成的干擾稱之為傳導(dǎo)干擾；而諧波和寄生振蕩的能量，通過輸入輸出線傳播時(shí)，都會(huì)在空間產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)。這種通過電磁輻射產(chǎn)生的干擾稱為輻射干擾。 4、其他原因 元器件的寄生參數(shù)，開關(guān)電源的原理圖設(shè)計(jì)不夠完美，印刷線路板（PCB）走線通常采用手工布 置，具有很大的隨意性，PCB的近場(chǎng)干擾大，并且印刷板上器件的安裝、放置，以及方位的不合理都會(huì)造成EMI干擾。這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。12. 設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí)防止EMI的措施1.把噪音電路節(jié)點(diǎn)的PCB銅箔面積最大限度地減小;如開關(guān)管的漏極、集電極，初次級(jí)繞組的節(jié)點(diǎn)，等。 2.使輸入和輸出端遠(yuǎn)離噪音元件，如變壓器線包，變壓器磁芯，開關(guān)管的散熱片，等等。 3. 使噪音元件（如未遮蔽的變壓器線包，未遮蔽的變壓器磁芯，和開關(guān)管，等等）遠(yuǎn)離外殼邊緣，因?yàn)樵谡２僮飨峦鈿み吘壓芸赡芸拷饷娴慕拥鼐€。 4. 如果變壓器沒有使用電場(chǎng)屏蔽，要保持屏蔽體和散熱片遠(yuǎn)離變壓器。 5. 盡量減小以下電流環(huán)的面積：次級(jí)（輸出）整流器，初級(jí)開關(guān)功率器件，柵極（基極）驅(qū)動(dòng)線路，輔助整流器。 6.不要將門極（基極）的驅(qū)動(dòng)返饋環(huán)路和初級(jí)開關(guān)電路或輔助整流電路混在一起。7.調(diào)整優(yōu)化阻尼電阻值，使它在開關(guān)的死區(qū)時(shí)間里不產(chǎn)生振鈴響聲。8. 防止EMI濾波電感飽和。9.使拐彎節(jié)點(diǎn)和 次級(jí)電路的元件遠(yuǎn)離初級(jí)電路的屏蔽體或者開關(guān)管的散熱片。10.保持初級(jí)電路的擺動(dòng)的節(jié)點(diǎn)和元件本體遠(yuǎn)離屏蔽或者散熱片。11.使高頻輸入的EMI濾波器靠近輸入電纜或者連接器端。12.保持高頻輸出的EMI濾波器靠近輸出電線端子。13. 使EMI濾波器對(duì)面的PCB板的銅箔和元件本體之間保持一定距離。14.在輔助線圈的整流器的線路上放一些電阻。15.在磁棒線圈上并聯(lián)阻尼電阻。16.在輸出RF濾波器兩端并聯(lián)阻尼電阻。17.在PCB設(shè)計(jì)時(shí)允許放1nF/ 500 V陶瓷電容器或者還可以是一串電阻，跨接在變壓器的初級(jí)的靜端和輔助繞組之間。18.保持EMI濾波器遠(yuǎn)離功率變壓器;尤其是避免定位在繞包的端部。19.在PCB面積足夠的情況下, 可在PCB上留下放屏蔽繞組用的腳位和放RC阻尼器的位置，RC阻尼器可跨接在屏蔽繞組兩端。20.空間允許的話在開關(guān)功率場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和門極之間放一個(gè)小徑向引線電容器（米勒電容， 10皮法/ 1千伏電容）。21.空間允許的話放一個(gè)小的RC阻尼器在直流輸出端。22. 不要把AC插座與初級(jí)開關(guān)管的散熱片靠在一起。13. 開關(guān)電源EMI的特點(diǎn)作為工作于開關(guān)狀態(tài)的能量轉(zhuǎn)換裝置，開關(guān)電源的電壓、電流變化率很高，產(chǎn)生的干擾強(qiáng)度較大；干擾源主要集中在功率開關(guān)期間以及與之相連的散熱器和高平變壓器，相對(duì)于數(shù)字電路干擾源的位置較為清楚；開關(guān)頻率不高（從幾十千赫和數(shù)兆赫茲），主要的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)干擾；而印刷線路板 (PCB)走線通常采用手工布線，具有更大的隨意性，這增加了PCB分布參數(shù)的提取和近場(chǎng)干擾估計(jì)的難度。1MHZ以內(nèi)-以差模干擾為主,增大X電容就可解決 1MHZ-5MHZ-差模共?；旌?采用輸入端并一系列X電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并解決; 5M-以上以共摸干擾為主,采用抑制共摸的方法.對(duì)于外殼接地的,在地線上用一個(gè)磁環(huán)繞2圈會(huì)對(duì)10MHZ以上干擾有較大的衰減(diudiu2006);對(duì)于25-30MHZ不過可以采用加大對(duì)地Y電容、在變壓器外面包銅皮、改變PCB LAYOUT、輸出線前面接一個(gè)雙線并繞的小磁環(huán),最少繞10圈、在輸出整流管兩端并RC濾波器. 30-50MHZ 普遍是MOS管高速開通關(guān)斷引起,可以用增大MOS驅(qū)動(dòng)電阻,RCD緩沖電路采用1N4007慢管,VCC供電電壓用1N4007慢管來解決. 100-200MHZ 普遍是輸出整流管反向恢復(fù)電流引起,可以在整流管上串磁珠100MHz-200MHz之間大部分出于PFC MOSFET及PFC 二極管,現(xiàn)在MOSFET及PFC二極管串磁珠有效果,水平方向基本可以解決問題,但垂直方向就很無奈了開關(guān)電源的輻射一般只會(huì)影響到100M 以下的頻段.也可以在MOS,二極管上加相應(yīng)吸收回路,但效率會(huì)有所降低。1MHZ 以內(nèi)-以差模干擾為主1.增大X 電容量；2.添加差模電感；3.小功率電源可采用PI 型濾波器處理(建議靠近變壓器的電解電容可選用較大些)。 1MHZ-5MHZ-差模共模混合，采用輸入端并聯(lián)一系列X 電容來濾除差摸干擾并分析出是哪種干擾超標(biāo)并以解決，1.對(duì)于差模干擾超標(biāo)可調(diào)整X 電容量,添加差模電感器，調(diào)差模電感量;2.對(duì)于共模干擾超標(biāo)可添加共模電感,選用合理的電感量來抑制；3.也可改變整流二極管特性來處理一對(duì)快速二極管如FR107 一對(duì)普通整流二極管1N4007。5M-以上以共摸干擾為主，采用抑制共摸的方法。對(duì)于外殼接地的，在地線上用一個(gè)磁環(huán)串繞2-3 圈會(huì)對(duì)10MHZ 以上干擾有較大的衰減作用;可選擇緊貼變壓器的鐵芯粘銅箔, 銅箔閉環(huán).處理后端輸出整流管的吸收電路和初級(jí)大電路并聯(lián)電容的大小。對(duì)于20-30MHZ，1.對(duì)于一類產(chǎn)品可以采用調(diào)整對(duì)地Y2 電容量或改變Y2 電容位置；2.調(diào)整一二