EMC及按規(guī)設(shè)計(jì)

1、2021-12-51EMI設(shè)計(jì)的引言設(shè)計(jì)的引言l高頻開(kāi)關(guān)電源由于其在體積、重量、功率密度、效率等方面的諸多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)、國(guó)防、家電產(chǎn)品等各個(gè)領(lǐng)域。在開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用于交流電網(wǎng)的場(chǎng)合，整流電路往往導(dǎo)致輸入電流的斷續(xù)，這除了大大降低輸入功率因數(shù)外，還增加了大量高次諧波。同時(shí)，開(kāi)關(guān)電源中功率開(kāi)關(guān)管的高速開(kāi)關(guān)動(dòng)作（從幾十kHz到數(shù)MHz）。l形成了EMI（electromagnetic interference）騷擾源。從已發(fā)表的開(kāi)關(guān)電源論文可知，在開(kāi)關(guān)電源中主要存在的干擾形式是傳導(dǎo)干擾和近場(chǎng)輻射干擾，傳導(dǎo)干擾還會(huì)注入電網(wǎng)，干擾接入電網(wǎng)的其他設(shè)備。 2021-12-52EMI濾波器的作用濾

2、波器的作用l減少傳導(dǎo)干擾的方法有很多，諸如合理鋪設(shè)地線，采取星型鋪地，避免環(huán)形地線，盡可能減少公共阻抗；設(shè)計(jì)合理的緩沖電路；減少電路雜散電容等。除此之外，可以利用EMI濾波器衰減電網(wǎng)與開(kāi)關(guān)電源對(duì)彼此的噪聲干擾。 2021-12-53EMI濾波器的設(shè)計(jì)原理l在開(kāi)關(guān)電源中，主要的EMI騷擾源是功率半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的dv/dt和di/dt，因而電磁發(fā)射EME(Electromagnetic Emission)通常是寬帶的噪聲信號(hào)，其頻率范圍從開(kāi)關(guān)工作頻率到幾MHz。所以，傳導(dǎo)型電磁環(huán)境（EME）的測(cè)量，正如很多國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定，頻率范圍在0.1530MHz。設(shè)計(jì)EMI濾波器，就是要對(duì)開(kāi)關(guān)頻

3、率及其高次諧波的噪聲給予足夠的衰減?；谏鲜鰳?biāo)準(zhǔn)，通常情況下只要考慮將頻率高于150kHz的EME衰減至合理范圍內(nèi)即可。 2021-12-54常用電源濾波類型常用電源濾波類型l通常有四種技術(shù)可進(jìn)行電源濾波，以便抑制干擾噪聲。在實(shí)際使用中，經(jīng)常是混合使用其中的兩種，甚至多種技術(shù)。它們是：l正負(fù)極電源線之間添加電容，即X電容； l每根電源線和地線之間添加電容，即Y電容；l 共模抑制(兩根電源線上的抑制線圈同向繞線)；l 差模抑制(每根電源線有它自己的抑制線圈)。2021-12-55電磁干擾濾波器的基本電路電磁干擾濾波器的基本電路2021-12-56電磁干擾濾波器的構(gòu)造原理電磁干擾濾波器的構(gòu)造原理l

4、構(gòu)造原理圖： 2021-12-57構(gòu)造原理說(shuō)明構(gòu)造原理說(shuō)明l電源噪聲是電磁干擾的一種，其傳導(dǎo)噪聲的頻譜大致為10kHz30MHz，最高可達(dá)150MHz。根據(jù)傳播方向的不同，電源噪聲可分為兩大類：一類是從電源進(jìn)線引入的外界干擾，另一類是由電子設(shè)備產(chǎn)生并經(jīng)電源線傳導(dǎo)出去的噪聲。這表明噪聲屬于雙向干擾信號(hào)，電子設(shè)備既是噪聲干擾的對(duì)象，又是一個(gè)噪聲源。若從形成特點(diǎn)看，噪聲干擾分串模干擾與共模干擾兩種。串模干擾是兩條電源線之間（簡(jiǎn)稱線對(duì)線）的噪聲。共模干擾則是兩條電源線對(duì)大地（簡(jiǎn)稱線對(duì)地）的噪聲。因此，電磁干擾濾波器應(yīng)符合電磁兼容性（EMC）的要求，也必須是雙向射頻濾波器，一方面要濾除從交流電源線上引入

5、的外部電磁干擾，另一方面還能避免本身設(shè)備向外部發(fā)出噪聲干擾，以免影響同一電磁環(huán)境下其他電子設(shè)備的正常工作。此外，電磁干擾濾波器就對(duì)串模、共模干擾都起到抑制作用。 2021-12-58電感量范圍與額定電流的關(guān)系電感量范圍與額定電流的關(guān)系 額定電流（A）136101215電感量（L）823240.40.80.20.30.10.1500.082021-12-59基本電路及其典型應(yīng)用基本電路及其典型應(yīng)用1 l電磁干擾濾波器的基本電路如圖1所示。該五端器件有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端和一個(gè)接地端，使用時(shí)外殼應(yīng)接通大地。電路中包括共模扼流圈（亦稱共模電感）L、濾波電容C1C4。L對(duì)串模干擾不起作用，但當(dāng)出現(xiàn)共

6、模干擾時(shí)，由于兩個(gè)線圈的磁通方向相同，經(jīng)過(guò)耦合后總電感量迅速增大，因此對(duì)共模信號(hào)呈現(xiàn)很大的感抗，使之不易通過(guò)，故稱作共模扼流圈。它的兩個(gè)線圈分別繞在低損耗、高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁環(huán)上，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，兩個(gè)線圈上的磁場(chǎng)就會(huì)互相加強(qiáng)。L的電感量與EMI濾波器的額定電流I有關(guān)，參見(jiàn)表1。需要指出，當(dāng)額定電流較大時(shí)。 2021-12-510基本電路及其典型應(yīng)用基本電路及其典型應(yīng)用2l共模扼流圈的線徑也要相應(yīng)增大，以便能承受較大的電流。此外，適當(dāng)增加電感量， 可改善低頻衰減特性。C1和C2采用薄膜電容器，容量范圍大致是0.01F0.47F,主要用來(lái)濾除串模干擾。C3和C4跨接在輸出端，并將電容器的中點(diǎn)接地，

7、能有效地抑制共模干擾。C3和C4亦可并聯(lián)在輸入端，仍選用陶瓷電容，容量范圍是2200pF0.1F。為減小漏電流，電容量不得超過(guò)0.1F，并且電容器中點(diǎn)應(yīng)與大地接通。C1C4的耐壓值均為630VDC或250VAC。 圖2示出一種兩級(jí)復(fù)合式EMI濾波器的內(nèi)部電路，由于采用兩級(jí)（亦稱兩節(jié)）濾波，因此濾除噪聲的效果更佳。針對(duì)某些用戶現(xiàn)場(chǎng)存在重復(fù)頻率為幾千赫茲的快速瞬態(tài)群脈沖干擾的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外還開(kāi)發(fā)出群脈沖濾波器（亦稱群脈沖對(duì)抗器），能對(duì)上述干擾起到抑制作用。 2021-12-511EMI濾波器圖濾波器圖1 2021-12-512EMI濾波器圖濾波器圖22021-12-513EMI濾波器圖說(shuō)明濾波器圖說(shuō)

8、明l為減小體積、降低成本，單片開(kāi)關(guān)電源一般采用簡(jiǎn)易式單級(jí)EMI濾波器，典型電路圖3所示。圖（a）與圖（b）中的電容器C能濾除串模干擾，區(qū)別僅是圖（a）將C接在輸入端，圖（b）則接到輸出端。圖（c）、（d）所示電路較復(fù)雜，抑制干擾的效果更佳。圖（c）中的L、C1和C2用來(lái)濾除共模干擾，C3和C4濾除串模干擾。R為泄放電阻，可將C3上積累的電荷泄放掉，避免因電荷積累而影響濾波特性；斷電后還能使電源的進(jìn)線端L、N不帶電，保證使用的安全性。圖（d）則是把共模干擾濾波電容C3和C4接在輸出端。lEMI濾波器能有效抑制單片開(kāi)關(guān)電源的電磁干擾。圖4中曲線a為加EMI濾波器時(shí)開(kāi)關(guān)電源上0.15MHz30MHz

9、傳導(dǎo)噪聲的波形（即電磁干擾峰值包絡(luò)線）。曲線b是插入如圖3（d）所示EMI濾波器后的波形，能將電磁干擾衰減50dBV70dBV。顯然，這種EMI濾波器的效果更佳。2021-12-514EMI濾波前后的波形比較濾波前后的波形比較2021-12-515EMI濾波器主要說(shuō)明濾波器主要說(shuō)明1、EMI濾波器的主要技術(shù)參數(shù)有：額定電壓、額定電流、漏電流、測(cè)試電壓、絕緣電阻、直流電阻、使用溫度范圍、工作溫升Tr、插入損耗AdB、外形尺寸、重量等。上述參數(shù)中最重要的是插入損耗（亦稱插入衰減），它是評(píng)價(jià)電磁干擾濾波器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。 插入損耗（AdB）是頻率的函數(shù)，用dB表示。設(shè)電磁干擾濾波器插入前后傳輸?shù)?/p>

10、負(fù)載上的噪聲功率分別為P1、P2,有公式： AdB=10lg(P1/P2) (1)2、假定負(fù)載阻抗在插入前后始終保持不變，則P1=V12/Z，P2=V2 2/Z。式中V1是噪聲源直接加到負(fù)載上的電壓，V2是在噪聲源與負(fù)載之間插入電磁干擾濾波器后負(fù)載上的噪聲電壓，且V250V和 150V80015002500150V和 300V150025004000注：對(duì)于多相器具，以相線對(duì)中線或相線對(duì)地的電壓作為額定電壓。2021-12-535絕緣距離的確定l電氣間隙：主要由峰值工作電壓確定；l爬電距離：主要由有效值或直流工作電壓確定；1、零部件之間沒(méi)有開(kāi)槽的情況：根據(jù)工作電壓、污染等級(jí)、過(guò)電壓等級(jí)、 材料

11、類別、絕緣類型進(jìn)行查表；即為相應(yīng)的電氣間隙和爬電距離； 2、零部件之間有開(kāi)槽的情況：開(kāi)槽對(duì)電氣間隙沒(méi)有影響，僅影響爬電距離；2021-12-536絕緣穿透距離絕緣穿透距離3、絕緣穿透距離 根據(jù)峰值工作電壓和絕緣類型來(lái)判斷： （1）如果峰值工作電壓71V71V，任何一種絕緣都無(wú)要求； （2）如果峰值工作電壓71V71V，附加絕緣或加強(qiáng)絕緣的最小絕緣穿透距離為0.4mm0.4mm，對(duì)工作絕緣和基本絕緣無(wú)要求。4、薄片絕緣物的要求 附加絕緣或加強(qiáng)絕緣由兩層薄片絕緣物組成，且其中任何一層均需通過(guò)附加絕緣或加強(qiáng)絕緣所要求的電氣強(qiáng)度測(cè)試； 附加絕緣或加強(qiáng)絕緣由三層薄片絕緣物組成，其中任兩層的組合均需通過(guò)附

12、加絕緣或加強(qiáng)絕緣所要求的電氣強(qiáng)度測(cè)試；2021-12-537安規(guī)器件的控制l主要控制內(nèi)容：主要控制內(nèi)容： 1、工作在危險(xiǎn)電壓中； 2、跨接在危險(xiǎn)和安全電壓之間； 3、失效導(dǎo)致危險(xiǎn)；l安規(guī)器件的確定安規(guī)器件的確定1）確定原則： 器件的更換對(duì)產(chǎn)品的安全的影響程度；2）注意事項(xiàng)： 不是所有的安規(guī)器件都需要認(rèn)證； 是否為安規(guī)器件要根據(jù)產(chǎn)品來(lái)確定。2021-12-538安規(guī)器件的要求保險(xiǎn)絲l在AC/DC電源中輸入/輸出保險(xiǎn)絲都是安規(guī)關(guān)鍵器件；l保險(xiǎn)絲在PCB上的標(biāo)稱必須與保險(xiǎn)絲的型號(hào)相同；l在用戶手冊(cè)中必須寫(xiě)保險(xiǎn)絲的更換警告語(yǔ)句；l保險(xiǎn)絲屬于CCC的控制范圍，必須滿足CCC的要求；lTUV要求：對(duì)于額定電流小于6.3A滿足歐洲的認(rèn)證，其他的可以認(rèn)可UL或CCC；lUL的要求：必須UL認(rèn)證（UL或UR）；l保險(xiǎn)絲帽套要求UL認(rèn)證；l保險(xiǎn)絲座，要求滿足UL認(rèn)證；2021-12-539安規(guī)器件的要求X、Y電容lX、Y電容必須滿足使用的電壓要求；lX、Y電容必須滿足溫度要求l用于AC/DC一次側(cè)的X、Y電容必須是安規(guī)電容，必須有歐洲和UL認(rèn)證；安規(guī)電容絕緣類型額定電壓沖擊電壓Y1D or R250V8.