- DC電源線上的輻射噪聲
- 輻射噪聲的抑制
- 安裝片式共模扼流圈作DC電源線的EMI靜噪濾波器
- 加鐵氧體磁環(huán)來抑制共模噪聲
DC電源線上的輻射噪聲
許多家用的電子設(shè)備,包括便攜式設(shè)備,基本上都是通過AC適配器來供電的。AC適配器與便攜式電子設(shè)備之間的連接是通過一根DC導(dǎo)線(如圖1所示)。同樣地,其作用類似于一根天線,它同其它的外界噪聲源一樣,發(fā)射噪聲就來自這根導(dǎo)線。因此,此電源線的噪聲免疫性測(cè)試就顯得十分必要。
通常當(dāng)對(duì)設(shè)備的噪聲采用措施進(jìn)行抑制之后,其免疫性會(huì)得到改善,因此研究噪聲的產(chǎn)生是十分重要的。比如,從DC/DC轉(zhuǎn)換器電源電路模塊可以產(chǎn)生噪聲,從內(nèi)部數(shù)字處理電路模塊也可以產(chǎn)生噪聲。
在便攜式設(shè)備中,DC/DC模塊和DC/DC轉(zhuǎn)換器IC是電源電路不可缺少的部分。DC/DC轉(zhuǎn)換器所需電源是通過開關(guān)模塊控制產(chǎn)生的,從而這種開關(guān)單元就變成了一種噪聲源,這種噪聲可以泄漏至直流電源線,且通過AC適配器導(dǎo)線發(fā)射出去。
同時(shí),隨著便攜式設(shè)備功能的增多,所需半導(dǎo)體IC的種類也隨之增多,比如像具有更高處理性能和大內(nèi)存的微處理器。同時(shí),隨著處理量的增加和數(shù)據(jù)處理速度的提高,電路要求有更高速率的IC處理芯片。當(dāng)IC在動(dòng)作時(shí),頻率范圍從幾千到幾百兆的寬頻噪聲就隨之產(chǎn)生,并通過AC適配器的導(dǎo)線發(fā)射出去。
圖1:便攜式電子設(shè)備的噪聲環(huán)境。
噪聲的抑制
一般說來,便攜式電子設(shè)備內(nèi)部的噪聲是通過DC電源線以共模的方式輸出的,像在AC適配器導(dǎo)線上,其噪聲可以用共模噪聲濾波器進(jìn)行有效抑制。
在許多情況下,帶有AC適配器的便攜式設(shè)備所產(chǎn)生的共模噪聲,一般是通過在線上加一個(gè)鐵氧體磁環(huán)來抑制(圖2)。盡管這是一個(gè)有效的噪聲抑制方式,但是它也存在許多不足,比如,加上磁環(huán)之后導(dǎo)線會(huì)變得沉重和龐大,且外觀不雅。如果改用一個(gè)小尺寸的片式共模扼流圈用于此類導(dǎo)線的共模噪聲的抑制,是個(gè)不錯(cuò)的選擇,值得重點(diǎn)推薦。
圖2:數(shù)碼相機(jī)中的磁環(huán)。
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效果評(píng)估
為了評(píng)估DC電源線上的EMI靜噪濾波器的噪聲抑制效果,我們做了一個(gè)模擬便攜式設(shè)備的評(píng)估電路板(如圖3所示)。它是通過AC適配器取得DC電源,同時(shí)配備了一個(gè)類似于電源功能塊的DC/DC轉(zhuǎn)換器電路,并安置了一個(gè)類似于內(nèi)部數(shù)字處理電路的時(shí)鐘動(dòng)作電路。
圖3:評(píng)估電路。
圖4顯示的是一個(gè)評(píng)估電路,它在DC電源模塊上安裝了一個(gè)片式共模扼流圈,用作DC電源線的EMI靜噪濾波器,AC適配器被掛在一個(gè)放有評(píng)估電路板的測(cè)試桌上。這樣就可以測(cè)試垂直模式的噪聲,此噪聲代表了從桌子上輻射來的噪聲。
圖4:評(píng)估方式。
根據(jù)評(píng)估結(jié)果的測(cè)試數(shù)據(jù),噪聲的發(fā)射范圍從幾十MHz到800MHz都有。因此,可以推斷噪聲是從DC/DC轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部數(shù)字處理電路傳向AC適配器,通過電源線發(fā)射出來的。
因此,我們做了兩個(gè)不同模式下的噪聲比較:1.在AC適配器電源線加裝一個(gè)鐵氧體磁環(huán);2.在DC輸出模塊上加裝一個(gè)片式共模扼流圈。之前我們發(fā)現(xiàn)不同的鐵氧體磁芯的尺寸會(huì)產(chǎn)生不同的共模阻抗。對(duì)于此次比較測(cè)試,我們采用了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的磁環(huán)(直徑大約為20mm,長度大約為40mm)和一個(gè)片式共模扼流圈(100MHz時(shí)的阻抗值為1,400Ω)。結(jié)果表明片式共模扼流圈靜噪效果比較好。當(dāng)然,使用更大尺寸的磁環(huán)或增加電源在磁環(huán)上繞線數(shù)也會(huì)得到一個(gè)較高的阻抗值,然而,這樣會(huì)帶來不足,導(dǎo)線的重量會(huì)增加,同時(shí)外觀也顯得凌亂。綜上所述,我們推薦用片式共模扼流圈取代笨重的磁環(huán)。
村田開發(fā)了DLW5BT系列片式共模扼流圈,綜合了小尺寸、低厚度和大阻抗值的特點(diǎn),因而適合便攜式設(shè)備和小的DC/DC轉(zhuǎn)換模塊的DC電源線上噪聲抑制應(yīng)用。此類產(chǎn)品已成功地應(yīng)用于一些便攜式的電子設(shè)備上。
本文是關(guān)于便攜式電子設(shè)備DC電源線使用片式模扼流圈的一些討論,當(dāng)然此EMI濾波器同樣適用于其它的DC電源類的電子設(shè)備和DC/DC轉(zhuǎn)換器或電池充電器。
另外,村田BNX方塊形系列EMI濾波器配置有電容器、磁珠、穿心電容器,非常適合更強(qiáng)勁的電源線濾波。盡管這些產(chǎn)品短小輕薄,但是它具有強(qiáng)的靜噪效果(35dB或更高,從1MHz到1GHz)。此類產(chǎn)品對(duì)共模噪聲有良好的抑制作用,同樣對(duì)正常模式的噪聲也有抑制作用。其10A的額定電流適合便攜式設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、工業(yè)電子產(chǎn)品和平板電視等。