电路原理与设计-EMI抑制设计

电路原理与设计-EMI抑制设计批准：2014年12月29日编制：赵春阳校对：审核：2020/7/102版本变更记录日期版本变更事项责任人备注2015.5.41.0赵春阳2020/7/103纲要1电磁干扰EMI抑制电路的组成3EMI滤波电感的设计要点452共模干扰与差模干扰6标准测试总结2020/7/104EMI滤波器序言电源线是干扰传入设备和传出设备的主要途径，通过电源线，电网的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作，同样设备产生的干扰也可能通过电源线传到电网上，干扰其他设备的正常工作。所以必须在设备的电源进线处加入EMI滤波器。组成标准的EMI滤波器通常由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波电路，其作用是允许设备正常工作时的频率信号进入设备，而对高频的干扰信号有较大的阻碍作用。EMI滤波电路：由共模滤波电路和差模滤波电路组成。一方面滤除电网谐波及浪涌，使其不影响高频开关电源的正常工作。另一方面由于电源工作时，电源的功率开关管、变压器处于高频的开关状态，电压、电流的快速跳变会产生很干扰噪音，而EMI电路主要是阻止这些干扰噪声串入电网影响其它的电子设备。2020/7/105共模与差模抗电磁波干扰用的两种电感：共模电感和差模电感：1、两根电源线对地之间干扰叫共模干扰。两根电源线之间的干扰叫差模干扰。2、抑制共模干扰的滤波电感叫共模电感。抑制差模干扰的滤波电感叫差模电感。3、共模电感是绕在同一铁心上的圈数相等、导线直径相等、绕向相反的两组线圈。差模电感是绕在一个铁心上的一个线圈。4、共模电感的特点是：由于同一铁心上的两组线圈的绕向相反，所以铁心不怕饱和。市场上用的最多的磁芯材料是高导铁氧体材料。5、差模电感的特点是应用在大电流的场合。由于一个铁心上绕的一个线圈，当流进线圈的电流增大时，线圈中的铁心会饱和，因此市场上用的最多的铁心材料是金属粉心材料。特别是铁粉心材料2020/7/106共模差模噪声2020/7/107共模电感的设计开关电源一般工作频率20KHz以上，而电源产生的有害噪声比20KHz高，往往在100KHz～50MHz之间。对于电感来讲，大多数磁芯材质选择铁氧体，因为在有害频带内能提供最高的阻抗。对于共模噪声滤波器环形磁芯是最普及的，他们不贵、漏磁也低。对于滤波器中的共模或差模扼流圈一般情况下要自己动手设计。电感的取值和材料的选取原则：1、磁芯材料的频率范围要宽，要保证最高频率在1GHz，即在很宽的频率范围内有比较稳定的磁导率。2、磁导率高，但实际中很难满足这一要求，所以。磁导率往往分段考虑。所以磁芯材料一般为铁氧体。经验值：共模电量一般在1.5mH~5mH,差模电感量一般在10~50uH。2020/7/108滤波电感的设计对于输入端来说，电源模块内部的干扰信号不能返回给电网，所以输入端的滤波器要做得比较好才行，因为输入端的Y电容一般都是很小的，所以只有把共模电感量做大了，才能得到一个比较低的转折频率，这样模块内部的干扰信号就可以被滤除得很好，最大限度减小对电网的干扰。电感量越大，共模滤波部分的转折频率越低，对低频共模电流噪声信号能够起到够好的衰减作用。从另外一个角度来看，这个电感量越大，对共模电流噪声的抑制作用越强，相当于将共模电流的路径阻断，然后通过低阻抗的共模电容将这个信号旁路掉。2020/7/109滤波电容（安规电容）滤波电容与一般的滤波器不同，EMI滤波器典型结构中电容使用了两种下标，接于相线和中线之间，称为差模电容，接于相线或中线与地之间，称为共模电容，下标X和Y不仅表明了它在滤波电路中的作用，还表明了它在滤波电路中的安全等级。在设计或选用滤波器时都必须充分考虑这两类电容的安全性能，因为它直接关系到滤波网络的安全性能。一般的EMI滤波器中有两组电容，即跨接在电源线之间起差模抑制作用的X电容和接在电源线和地之间起共模抑制作用的Y电容。对于X电容其额定电压应和电网电压相当，其容量可以选的大一些，典型值0.05uF~1uF。对于Y电容取值允许的情况下越大越好，但如果Y电容时效会导致人员电击，所以对其最大漏电电流Ig有限制，Ig的大小由产品规定，一般为0.5~8mA。Y电容的最大容量可用公式计算CY=IgUm×2π*Fm×106(nF)[Um电网电压(V);Fm电网频率(Hz);Ig漏电电流(mA)]另外，为了获得较好的高频特性、降低高频等效串联电阻和等效串联电感，X电容和Y电容通常都是通过几个较小的电容并联来满足其容量要求LN2CY2CY1CY1CY1CX2CXL2020/7/1010传导测试150KHZ-30MHZ对应的波长是2000m~10m，通过大量的实验得出，只有波长在这之间的骚扰最容易通过导线传输或者是被耦合，如果频率再高或者是再低就会通过其他方式传播，如果频率很高骚扰直接就会向空间传播，骚扰信号不会在导线上传输。2020/7/1011总结及注意事项EMI电源滤波器在应用时一定得注意滤波器的安装问题,因为如果滤波器安装得不合适反而会得到一个更差的效果。A为了滤波器的安全可靠工作(散热和滤波效果),除滤波器一定要安装在设备的机架或机壳上外,滤波器的接地点应和设备机壳的接地点取得一致,并尽量缩短滤波器的接地线。若接地点不在一处,那么滤波器的泄漏电流和噪声电流在流经两接地点的途径时,会将噪声引入设备内的其他部分。其次,滤波器的接地线会引入感抗,它能导致滤波器高频衰减特性的变坏。所以,金属外壳的滤波器要直接和设备机壳连接。如外壳喷过漆,则必须刮去漆皮；若金属外壳的滤波器不能直接接地或使用塑封外壳滤波器时,它与设备机壳的接地线应可能短。B滤波器要安装在设备电源线输入端,连线要尽量短;设备内部电源要安装在滤波器的输出端。若滤波器在设备内的输入线长了,在高频端输入线就会将引入的传导干扰耦合给其他部分。若设备内部电源安装在滤波器的输入端,由于连线过长,也会导致同样的结果。C确保滤波器输入线和输出线分离。若滤波器输入、输入线捆扎在一起或相互安装过近,那么由于它们之间的耦合,可能使滤波器的高频衰减降低。若输入、输出线必须接近,那么都必须采用双绞线或屏蔽线。Thanks!