幾(ji)乎(hu)所(suo)有(you)的(de)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)中(zhong)都(dou)會(hui)發(fa)現(xian)有(you)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)應(ying)用(yong)。通(tong)常(chang)要(yao)求(qiu)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)效(xiao)率(lv)應(ying)盡(jin)可(ke)能(neng)高(gao)
，空(kong)載(zai)下(xia)損(sun)耗(hao)應(ying)控(kong)製(zhi)在(zai)毫(hao)瓦(wa)範(fan)圍(wei)內(nei)。與(yu)之(zhi)相(xiang)反(fan)的(de)要(yao)求(qiu)則(ze)是(shi)：產品的綜合成本應盡可能低。鑒於符合標準的產品才能進入市場，新技術的市場轉化時間越來越重要。

EMC濾波器通常是產品優化方案中的重要組成部分。正確的EMC濾波器拓撲可以節省產品認證和優化電磁兼容性能的時間。此外，優化的EMC 濾波器可以降低產品的成本和體積。

下麵列出的技術文章給出了能深入到EMC 濾波器設計領域的視角。我們將在這裏說明為什麼考慮濾波器元件的寄生參數是重要的，以及如何利用實用仿真方法加快設計進程。

yigechanpindechenggongyufouqujueyutazhanlingshichangdesudu。tongchang，chanpinrenzhengshiyigehaoshidehuanjie。ruguochanpinmeiyoutongguorenzheng
，kenengxuyaozhongxinshejizhenggechanpin
，yinerhuizengjiakaifachengben；產品延期進入市場也會造成更大的損失。

仔細觀察電源的EMC 發射情況，可以發現電磁發射主要有兩種形式：傳導發射
，其頻段一般在數kHz 到30MHz 之間；輻射發射
，其頻段一般在30MHz 到數GHz。降低傳導發射通常使用EMC 電源濾波器。EMC 電源濾波器（即開關電源中的濾波器）可能會占整個產品的重要部分。而開發階段我們總是缺少時間，這成為開發階段的一種“正常”情況，甚至在產品市場開發之前，要求完成樣品。

由於缺乏時間
，提出的解決方案可能不是最優的。這必然導致濾波器的重新設計，產生不必要的成本——依據這種設計方法，產品的材料成本將高達整個產品價格的15%。濾波器設計中經常使用的技術


，是“試湊”defangfa，yejiushibutingdegenghuanlvboqiyuanjian
，rudianronghediangan，jiangtamenhanjiezaiyiqi，zhidaoceliangdeganraozaidiancijianrongbiaozhunxianzhinei。shiyongzhezhongfangan
，shejizhetongchangyewufalejiegaibianzhexiecanshuzhihouhuiyoushenmeyingxiang。

使用這種方法，最後終可獲得一個解決方案，但它是我們所需要的最佳方案嗎？

幹擾類型：共模幹擾或差模幹擾

要優化EMC 濾波器設計
，了解幹擾的類型很重要。我們還應該了解在某一頻段內哪一種類型的幹擾占主導地位。我們可以將傳導發射分為差模噪聲(DM) 和共模噪聲(CM)。差模噪聲通常在1MHz 以下的低頻段占主導地位。在開關電源中，差模噪聲主要源於直流母線電容的等效串聯電阻（ESR）兩端的壓降。電壓降由紋波電流產生（例如有源功率因數校正器產生的紋波電流）。共模幹擾(CM) 通常在1MHz 到100MHz 之間占主導地位。在這個頻段範圍內
，必須要考慮寄生參數和耦合路徑。噪聲類型對於EMC 濾波器的設計會產生重大影響。如果獲知了幹擾類型、寄生參數和耦合路徑

，我們就可以開始設計濾波器。

電容性的電抗器和電感性的電容器

為了抑製共模幹擾和差模幹擾，最常見的EMC濾波器結構是LC 型拓撲。正確選擇電感非常重要。須考慮的要點之一就是共模電感（共模扼流圈）的頻率特性。下麵我們來設計一個LC 型濾波器。圖1 給出了它的拓撲結構。


圖中的電容Cy 是Y 形聯接的電容。這個電容形成一個返回至共模噪聲源( 開關電源的功率開關管對地) 的低阻抗路徑。L-CMM 是共模電感
，共模電感構建了共模電流的高阻抗回路。Cx 是跨接直流電源線的電容
，它與共模電感的漏感一起形成一個差模LC濾波器，用於抑製差模噪聲。接下來的設計中
，我們總是基於圖1 所示的基本原理圖來進行討論。

圖2 給出了一個10mH 共模電感的阻抗特性曲線，其中藍色曲線表示10mH 電感的理想特性
，紅色則表示實際特性，諧振頻率在200kHz。高於這個頻率時共模電感就表現為電容特性！我們還可發現，共模電感漏感的諧振頻率在20MHz。如果我們確信1MHz 以上時是共模噪聲起主要作用，我們就應該考慮電感的頻率特性。


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現在我們來分析Cy 電容的頻率特性。圖3 給出了一個2.2nF 瓷片電容的阻抗特性，測量值為紅色曲線
，理論值為藍色。由於該電容內部等效電感較小，所以它有非常好的高頻特性，其諧振頻率在30MHz以上。基於這一特點，這種電容常被用來減少傳導發射。如果想使用這種電容對高達數百MHz 的輻射發射起作用，就要特別關注其頻率特性範圍。

到目前為止，濾波器的無源元件實際特性都不是最佳的。顯然，為了預測濾波器的實用效果，僅僅基於理論值設計是不夠的。

基於實測值的EMC 濾波器設計

通常我們進行EMC 濾波器優化的步驟如下：先xian測ce量liang噪zao聲sheng頻pin譜pu。還hai要yao在zai測ce量liang結jie果guo中zhong盡jin力li將jiang共gong模mo噪zao聲sheng和he差cha模mo噪zao聲sheng分fen離li。如ru果guo我wo們men知zhi道dao噪zao聲sheng的de幅fu值zhi，並bing了le解jie電dian磁ci兼jian容rong標biao準zhun限xian值zhi
，則ze可ke以yi計ji算suan出chu在zai一yi定ding的de頻pin率lv範fan圍wei內nei依yi從cong標biao準zhun所suo需xu的de衰shuai減jian量liang。所suo需xu衰shuai減jian量liang可ke以yi通tong過guo以yi下xia幾ji種zhong方fang式shi計ji算suan。

yizhongfangshishiyongzhihebideshougongjisuan。womenkeyijiyudianronghediangandelilunzhilaijinxingjisuan。danruqianmiansuotidaode，zhexianranbushizuihaodefangshi
，youqishizaigaopinfanweineishangxukaolvlvboqiyuanjianjishengcanshudeyingxiangshi。lingyizhongjiejuefanganshishiyongspice 仿fang真zhen軟ruan件jian。通tong常chang一yi個ge有you實shi際ji意yi義yi的de仿fang真zhen，需xu要yao首shou先xian推tui導dao出chu單dan一yi濾lv波bo器qi元yuan件jian的de等deng效xiao電dian路lu，而er這zhe些xie元yuan件jian要yao考kao慮lv其qi所suo有you的de寄ji生sheng參can數shu。基ji於yu所suo需xu精jing度du和he元yuan件jian數shu量liang方fang麵mian的de考kao慮lv
，這zhe個ge方fang法fa可ke能neng仍reng是shi一yi個ge耗hao時shi的de過guo程cheng。

另一個解決方案是直接用所測量的濾波器元件阻抗特性曲線進行濾波器設計和仿真。正如我們從圖2和圖3 中(zhong)所(suo)看(kan)到(dao)的(de)情(qing)況(kuang)，實(shi)際(ji)阻(zu)抗(kang)曲(qu)線(xian)包(bao)含(han)了(le)寄(ji)生(sheng)參(can)數(shu)的(de)影(ying)響(xiang)。如(ru)果(guo)我(wo)們(men)能(neng)夠(gou)直(zhi)接(jie)使(shi)用(yong)實(shi)際(ji)濾(lv)波(bo)器(qi)元(yuan)件(jian)的(de)阻(zu)抗(kang)曲(qu)線(xian)進(jin)行(xing)仿(fang)真(zhen)，將(jiang)會(hui)得(de)到(dao)非(fei)常(chang)精(jing)確(que)的(de)濾(lv)波(bo)器(qi)仿(fang)真(zhen)結(jie)果(guo)。

用這種方法，我們需要什麼樣的條件呢？

首先我們需要一個矢量網絡分析儀（VNA），用來測量濾波器元件在所需頻率範圍內的阻抗和相位曲線。為了獲得本文中展示的仿真

，我們使用帶有外部阻抗失配器的VNA 對濾波器元件進行了測量。圖4給出了這樣的測量全頻段阻抗布局圖。


測量所需濾波器的所有元件時，我們需要一個軟件工具能集成所有的阻抗曲線
，來進行濾波器仿真。為此
，我們使用內加爾工程公司（Negal Engineering）的EFsyn 軟件。

在圖5 中可以看到，有一個繪製濾波器原理圖的窗口。濾波器元件後（如圖5 中的紅色標記的電感）沒有SPICE 模(mo)型(xing)。我(wo)們(men)直(zhi)接(jie)使(shi)用(yong)複(fu)雜(za)的(de)元(yuan)件(jian)阻(zu)抗(kang)曲(qu)線(xian)代(dai)之(zhi)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)還(hai)有(you)另(ling)一(yi)優(you)勢(shi)，就(jiu)是(shi)它(ta)非(fei)常(chang)快(kuai)。采(cai)用(yong)矢(shi)量(liang)網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)儀(yi)

，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)為(wei)了(le)濾(lv)波(bo)器(qi)設(she)計(ji)

，去(qu)測(ce)量(liang)在(zai)元(yuan)件(jian)貨(huo)架(jia)中(zhong)的(de)所(suo)有(you)想(xiang)要(yao)使(shi)用(yong)、或將要使用的元件。在元件庫中輸入所有的測量值後
，我們可直接模擬包含寄生元件參數的新濾波器。

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優化：若濾波特性比期望特性差

設計示例：我們來設計一個LC 型共模濾波器。我們知道， 對於傳導發射而言， 共模幹擾大多在1MHz 到30MHz 之間起主導作用。如果我們在電感和電容實際測量值的基礎上，對圖1 所示的濾波器仿真，可以得到如下結果：

圖6（譯者注：原文此處錯為圖4）中zhong
，藍lan色se曲qu線xian表biao示shi共gong模mo濾lv波bo器qi基ji於yu元yuan件jian理li論lun值zhi仿fang真zhen的de頻pin率lv響xiang應ying
，紅hong色se曲qu線xian則ze表biao示shi共gong模mo濾lv波bo器qi基ji於yu元yuan件jian實shi際ji測ce量liang值zhi仿fang真zhen的de頻pin率lv響xiang應ying。針zhen對dui圖tu6 的仿真結果
，我們可假定電源的輸出阻抗為100 歐姆，電源線一側的阻抗是25 歐姆。在圖6（譯者注：原文錯為圖4）中我們看到
，共模濾波器的第一個諧振頻率在200kHz，這是共模電感諧振頻率的影響所致（見圖2）。由於
，共模濾波器的第二個諧振頻率在20MHz 附近，這是共模電感的漏感所致。在30MHz 附近還有一個因Y 電容Cy 引起的諧振。

在1MHz 的紅色光標處顯示
，濾波器的理論衰減值和實測值的衰減仿真結果
，差異超過20dB。這就意味著，所設計濾波器噪聲衰減程度比預期的少10 倍考慮其他在實際應用中降低濾波器性能的因素！這個例子表明，實踐：來自EMC 實驗室的故事。

過去我們碰到過很多類似事情：我們在研製樣機的過程中，想尋求一個降低傳導發射和輻射發射的解決方案。例如，用15mH 的扼流圈替換10mH 的扼流圈。我們直覺認為15mH 的扼流圈會優於10mH 的扼流圈。但結果卻是，幹擾在一個頻段內降低了，卻在另一個頻段內被放大了！shijiyuanjiandeshepintexingkenengshiqiyouyin。tongchang，xiangtongtijidegongmoeliuquan
，ganzhijiaodadedianganyouyuxianquanzashudezengjiaerjuyougengdadejishengdianrong，yincikenenghuizaijiaodidepinlvxiafashengxiezhen。liyongbenwentichudefangan，keyichongfenkaolvzhezhongyingxiang，qiebuxuyaohuafeitaiduodeshijianquhanjiedianlu。

結論

yaozaizuiduandeshijianneizhaodaozuijiadejiejuefangan
，rangrenzuiganxingqudeshijiegouhuadeshejifangfa。shouxian，womenyinggaizhidaoganraoleixinghesuoguanxindepinlvfanwei。duiyu1MHz 以(yi)上(shang)的(de)幹(gan)擾(rao)，應(ying)該(gai)考(kao)慮(lv)濾(lv)波(bo)器(qi)元(yuan)件(jian)的(de)射(she)頻(pin)特(te)性(xing)。考(kao)慮(lv)了(le)濾(lv)波(bo)器(qi)元(yuan)件(jian)寄(ji)生(sheng)參(can)數(shu)和(he)頻(pin)率(lv)特(te)性(xing)的(de)仿(fang)真(zhen)


，會(hui)帶(dai)來(lai)更(geng)優(you)化(hua)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，從(cong)而(er)縮(suo)減(jian)開(kai)發(fa)時(shi)間(jian)
，降(jiang)低(di)產(chan)品(pin)價(jia)格(ge)。此(ci)外(wai)
，這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)也(ye)可(ke)以(yi)讓(rang)我(wo)們(men)更(geng)好(hao)地(di)了(le)解(jie)EMC 濾波器的工作原理。

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