你的位置:首頁(yè) > EMC安規(guī) > 正文

獨(dú)家爆料:開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的方案設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2014-11-29 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)被廣泛的應(yīng)用開(kāi)來(lái),也因此電磁泄漏和電磁輻射問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。EMI濾波器在開(kāi)關(guān)電源中作為關(guān)鍵的輔助器件,能夠抑制開(kāi)關(guān)電源中的傳導(dǎo)干擾問(wèn)題。

EMI濾波器又稱(chēng)作電源線濾波器,安裝在電源線與設(shè)備之間,既能有效阻止外界的電磁干擾經(jīng)電源線進(jìn)入設(shè)備,又能阻擋設(shè)備自身工作中產(chǎn)生的電磁騷擾經(jīng)電源線進(jìn)入電網(wǎng),所以EMI濾波器是電源抗干擾和干擾抑制設(shè)計(jì)中非常重要的器件。

電磁兼容性問(wèn)題是衡量電子產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),日益成為電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵項(xiàng)目。在電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中,引入電磁兼容性設(shè)計(jì),可以提高電源系統(tǒng)的整體抗干擾能力,延長(zhǎng)系統(tǒng)的使用壽命,確保使用的安全性。

EMC電源線傳導(dǎo)發(fā)射即CE102是用來(lái)測(cè)量EUT輸入電源線上的傳導(dǎo)發(fā)射的,而通過(guò)CE102 10 kHz~10 MHz電源線傳導(dǎo)發(fā)射試驗(yàn)是當(dāng)前幾乎所有軍用供電設(shè)備需滿(mǎn)足的設(shè)計(jì)要求,EMI濾波器設(shè)計(jì)不當(dāng),將直接導(dǎo)致電源線傳導(dǎo)發(fā)射超標(biāo),設(shè)計(jì)失敗。

1 EMI 濾波器設(shè)計(jì)

傳導(dǎo)型的EMI 噪聲包括共模噪聲和差模噪聲兩種。共模噪聲存在于所有的交流相線和共模地之間,其產(chǎn)生來(lái)源被認(rèn)為是電氣回路之間絕緣電流以及電磁耦合等。差模噪聲存在于交流相線之間,產(chǎn)生來(lái)源是脈動(dòng)電流,開(kāi)關(guān)器件的振鈴電流以及二極管的反向恢復(fù)電流。所以在進(jìn)行EMI濾波器設(shè)計(jì)時(shí),以濾除共模噪聲和差模噪聲為目標(biāo)開(kāi)展設(shè)計(jì)。

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)LC 濾波器作為EMI濾波器,其原理框圖如圖1虛線框中所示,圖中負(fù)載為一高速開(kāi)關(guān)電路。電路中L1和L2為共模電感,CX1,CX2,CX3,CY1,和CY1為濾波電容,L1,和L2,被設(shè)計(jì)用來(lái)抑制共模干擾,但由于實(shí)際電感在生產(chǎn)時(shí)的不對(duì)稱(chēng),其對(duì)差模干擾也有一定的抑制作用,CX1,CX2和CX3并聯(lián)在電源正負(fù)線兩端,主要用來(lái)抑制差模干擾,而CY1 和CY2 分別從負(fù)、正電源線引出到共模地,主要用來(lái)抑制共模干擾。

獨(dú)家爆料:開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的方案設(shè)計(jì)
圖1:EMI濾波器原理框圖
 
共模電感值的選取與負(fù)載情況有關(guān),即電感值與其通過(guò)的額定電流有關(guān),關(guān)系如表1所示。

獨(dú)家爆料:開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的方案設(shè)計(jì)
 
LC濾波器的3 dB截止頻率為:
獨(dú)家爆料:開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的方案設(shè)計(jì)
對(duì)于共模等效電路,濾波器相當(dāng)于一個(gè)LCL 濾波器,對(duì)于差模等效電路,濾波器相當(dāng)于一個(gè)CL′CL′C′濾波器,均可通過(guò)公式(1)計(jì)算得出所需電容值,差模等效電路中,由于L′值為共模電感生產(chǎn)不精確引入的,值較小,計(jì)算時(shí)可忽略不計(jì)。
[page]
2 EMC試驗(yàn)情況

依據(jù)GJB152A CE102 試驗(yàn)方法,測(cè)試鏈路圖如圖2所示。

獨(dú)家爆料:開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的方案設(shè)計(jì)
圖2:CE102測(cè)量配置圖
 
圖中EUT 為被測(cè)設(shè)備,在以下兩種條件下開(kāi)展CE102測(cè)試:

測(cè)試條件一:不加EMI濾波器,開(kāi)關(guān)電路負(fù)載情況下的測(cè)試;

測(cè)試條件二:添加所設(shè)計(jì)EMI濾波器,開(kāi)關(guān)電路負(fù)載情況下的測(cè)試。

測(cè)試條件一和測(cè)試條件二的正線傳導(dǎo)騷擾測(cè)試結(jié)果圖如圖3、圖4所示。

獨(dú)家爆料:開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的方案設(shè)計(jì)
圖3:測(cè)試條件一CE102正線傳導(dǎo)騷擾圖
獨(dú)家爆料:開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的方案設(shè)計(jì)
圖4:測(cè)試條件二正線傳導(dǎo)騷擾圖
 
由測(cè)試圖可見(jiàn),添加所設(shè)計(jì)濾波器后,超標(biāo)頻點(diǎn)傳導(dǎo)騷擾雖然得到抑制,但依舊超標(biāo),無(wú)法通過(guò)試驗(yàn)。通過(guò)掃描回線傳導(dǎo)騷擾發(fā)現(xiàn),回線傳導(dǎo)騷擾與正線在相同頻點(diǎn)處超標(biāo),且幅值相差不大,從而可判斷干擾為共模干擾,說(shuō)明該濾波器在設(shè)計(jì)應(yīng)用后,共模干擾沒(méi)有得到有效濾除。
[page]
3 設(shè)計(jì)整改

在該EMI 濾波器設(shè)計(jì)時(shí),CY1 和CY2 分別從負(fù)、正電源線引出到共模地,即將共模干擾信號(hào)引導(dǎo)入共模地來(lái)消除共模干擾,可見(jiàn)共模地的設(shè)計(jì)很關(guān)鍵,而共模地的設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在PCB設(shè)計(jì)上。在PCB設(shè)計(jì)時(shí),Y電容共模地覆銅面積僅在表層鋪設(shè)且面積不大,如圖5 所示(虛線框?yàn)閷?shí)際共模地覆銅面積),這極有可能是造成EMI濾波器沒(méi)有完全濾除開(kāi)關(guān)電源的共模噪聲的原因所在。

對(duì)PCB進(jìn)行更改,增大共模地鋪銅面積,在多層敷設(shè)共模地網(wǎng)絡(luò)(該板為6層板),并且將共模地的鋪銅面積覆蓋DC-DC 模塊下面,設(shè)計(jì)如圖6 所示重新制板生產(chǎn)。

按照上文所述辦法重新進(jìn)行CE102試驗(yàn),測(cè)試結(jié)果圖(正線)如圖7所示,回線情況與正線情況類(lèi)似。

獨(dú)家爆料:開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的方案設(shè)計(jì)
圖5:EMI濾波器共模地布局情況
獨(dú)家爆料:開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的方案設(shè)計(jì)
圖6:整改后的EMI濾波器共模地布局情況
獨(dú)家爆料:開(kāi)關(guān)電源EMI濾波器的方案設(shè)計(jì)
圖7:整改后的正線傳導(dǎo)騷擾圖
 
可見(jiàn),經(jīng)重新PCB布局后,濾波器成功將共模噪聲抑制并滿(mǎn)足測(cè)試要求,說(shuō)明在PCB設(shè)計(jì)時(shí)共模地設(shè)計(jì)對(duì)EMI濾波器的設(shè)計(jì)成功至關(guān)重要。

EMI濾波器可有效濾除開(kāi)關(guān)電源的共模噪聲和差模噪聲,在開(kāi)關(guān)電源的設(shè)計(jì)中,越來(lái)越受關(guān)注。一個(gè)原理正確的EMI濾波器設(shè)計(jì),在實(shí)際工程應(yīng)用中,會(huì)由于PCB設(shè)計(jì)不當(dāng),造成濾波器失效。本文通過(guò)CE102實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了共模地的PCB設(shè)計(jì)在EMI濾波器設(shè)計(jì)中至關(guān)重要,同時(shí)證明了本文設(shè)計(jì)的EMI濾波器的有效性。

相關(guān)閱讀:

悉數(shù)處理手機(jī)系統(tǒng)ESD和EMI干擾的經(jīng)典方法
陶老師親授:學(xué)習(xí)EMI/EMC設(shè)計(jì)從何入手?
車(chē)載以太網(wǎng)面向汽車(chē)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)EMI與EMC的挑戰(zhàn)

要采購(gòu)濾波器么,點(diǎn)這里了解一下價(jià)格!
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書(shū)下載更多>>
熱門(mén)搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉