EMI濾波器如何抑製傳導噪聲
發布時間:2012-10-27 責任編輯:rexliu
【導讀】為了滿足標準中對傳導發射限製的要求,通常使用EMI濾波器來抑製電子產品產生的傳導噪聲,本文就傳導噪聲分析技術包括共模噪聲、差模噪聲分析,共模阻抗、差模阻抗分析等進行討論分析。
傳導發射是電磁兼容設計中的重要問題之一。為了滿足標準中對傳導發射限製的要求,通常使用EMI濾波器來抑製電子產品產生的傳導噪聲。快速選擇或者設計一個滿足需要的濾波器是解決問題的關鍵。傳導噪聲分析技術包括共模噪聲、差模噪聲分析,共模阻抗、差模阻抗分析,這是濾波器設計的基礎。
共模噪聲和差模噪聲
傳導噪聲根據傳輸特性產生分成兩類:chamozaoshenghegongmozaosheng。chamozaoshengshidangliangtiaodianyuanxiandedianliufangxianghuweixiangfanshifashengde,ergongmozaoshengshidangsuoyoudianyuanxiandedianliufangxiangxiangtongshifashengde,rutu1所示。一般而言,共模是最大難題,這是由雜散電容的不當接地造成的。

圖1 共模噪聲和差模噪聲
ruguocunzaibudengzhidefuzaihuoxianluzukang,jiuhuijianggongmodianliuzhuanhuanchengbufengongmodianliuhebufenchamodianliu。dangdianyuanxitonggeidianlugongdianshi,ruguodianlujuyoubudengzhidezukang,erqiedianyuandeshuchucunzaigongmozaoshengshi,gongmozaoshengjiangchadongfangshizuoyongyudianlu,dianlukenenghuifashengcuowu。suoyi,zaichanshenggongmodianliushi,jiuyaoshouxianjiangdigongmozaosheng,qicishijunhengzukang。ciwai,youyugongmohechamodetexing,gongmodianliudepinlvhuibichamodepinlvda。yinci,gongmodianliuhuichanshenghendadeshepinfushe,erqiehuihelinjindezujianhedianlufashengganxingyurongxingdeouhe。zaishijidianyuandianluli,chamozaoshenghenxiangshiyigedianyayuan,gongmozaoshengbijiaoxiangyigedianliuyuan,zheshidegongmozaoshenggengnanbeixiaochu。gongmozaoshenghesuoyoudedianliuyuanyiyang,xuyaoyouyigeliudonglujingcunzai。yinweitadelujingbaohandipan,suoyiwaikekenenghuibianchengyigedaxingdegaopintianxian。
共模噪聲和差模噪聲分析
在電磁兼容實驗室,人們借助LISN和接收機完成傳導發射的測試,測試結果將給出電源線上的總噪聲特性。
圖2是使用LISN測試電源噪聲的示意圖,由於LISN輸出使用標準50Ω阻抗。因此兩路LISN分別得到噪聲電壓:

圖2 LISN測試示意圖
VL=25xICm+50xIdm
VN=25xIcm-50xIdm
使用標準LISN無法分離共模和差模噪聲,但是借助某些特殊裝置可以做到。如:LISN UP、CM/DM分離器、ESA2000和PREMIPRO都可以完成噪聲分離任務。圖3給出了CM/DM分離器原理圖,它是一種以變壓器為基礎的裝置,利用共模電壓無法使變壓器工作的原理。

圖3 CM/DM分離器原理圖
至此已經了解了產品的傳導發射是否滿足標準要求,並且分析出差模噪聲和共模噪聲的特性(見圖4 (a)和圖4 (b))。後續的工作就是選擇或者設計一個濾波器來解決傳導發射問題。

圖4 (a) 總噪聲和差模噪聲 圖4 (b) 總噪聲和共模噪聲
電源輸入阻抗特性分析
濾波器的製造商給出的濾波器插損是在50Ω標(biao)準(zhun)阻(zu)抗(kang)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)性(xing)能(neng)。眾(zhong)所(suo)周(zhou)知(zhi)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)入(ru)阻(zu)抗(kang)隨(sui)著(zhe)頻(pin)率(lv)的(de)變(bian)化(hua)具(ju)有(you)不(bu)連(lian)續(xu)性(xing),而(er)隨(sui)著(zhe)阻(zu)抗(kang)的(de)改(gai)變(bian)濾(lv)波(bo)器(qi)的(de)插(cha)損(sun)特(te)性(xing)也(ye)具(ju)有(you)很(hen)大(da)的(de)變(bian)化(hua),100UH電感和100nF電容器在理想情況下帶來的衰減分別如圖5(a)和圖5(b)所示。

圖5(a) 100UH電感(理想的)的衰減 圖5(b) 100nF電容器(理想的)的衰減
為了充分發揮濾波器的性能,在選擇或者設計濾波器之前,需要對電源端口的輸入阻抗進行分析,這包括共模阻抗、差模阻抗,共模噪聲相位角、差模噪聲相位角。阻抗測試可以借助專用的阻抗測試儀或者傳導分析儀。
電源濾波器
通常有四種技術來進行電源濾波,以便遏製幹擾噪聲。在實際使用中混合其中的兩種,甚至更多。它們是:
·正負極電源線之間添加電容,叫X電容。
·每根電源線和地線之間添加電容,叫Y電容。
·共模遏製(兩根電源線上的遏製線圈同向繞線)。
·差模遏製(每根電源線有它自己的遏製線圈)。
·使用濾波器測試模板可以分別說明各個元件的濾波作用。濾波器模型如圖6所示。分析結果見圖7、8、9、10所示。

圖6 電源濾波器模型

圖7 (a) 僅使用100UF差模電容前後的差模噪聲 圖7 (b) 僅使用100UF差模電容前後的共模噪聲

圖8 (a) 僅使用0.01UF共模電容前後的差模噪聲 圖8 (b) 僅使用0.01UF共模電容前後的共模噪聲

圖9 (a) 增加227μH差模電感前後的差模噪聲 圖9 (b) 增加227μH差模電感前後的差模噪聲

圖10 (a) 使用完整濾波前後的差模噪聲 圖10 (b) 使用完整濾波前後的共模噪聲
解決方案
傳導噪聲分析中的共模噪聲、差模噪聲分析,共模阻抗、差cha模mo阻zu抗kang分fen析xi,以yi及ji噪zao聲sheng相xiang位wei角jiao的de測ce試shi都dou是shi在zai為wei最zui終zhong的de解jie決jue方fang案an做zuo準zhun備bei。電dian子zi產chan品pin滿man足zu傳chuan導dao發fa射she的de限xian製zhi要yao求qiu,最zui終zhong是shi通tong過guo電dian源yuan濾lv波bo器qi來lai實shi現xian的de。但dan是shi如ru何he根gen據ju上shang述shu分fen析xi結jie果guo快kuai速su並bing準zhun確que地di確que定ding濾lv波bo器qi中zhong的de參can數shu,卻que並bing不bu是shi一yi項xiang簡jian單dan的de工gong作zuo。使shi用yong特te製zhi的de濾lv波bo器qi設she計ji軟ruan件jian,可ke以yi將jiang測ce試shi數shu據ju導dao入ru專zhuan用yong軟ruan件jian中zhong,可ke幫bang助zhu工gong程cheng師shi快kuai速su得de到dao針zhen對dui該gai產chan品pin的de定ding製zhi濾lv波bo器qi。應ying用yong方fang案an如ru圖tu11。

圖11 自動濾波器設計
通tong常chang對dui傳chuan導dao發fa射she的de限xian製zhi是shi針zhen對dui電dian源yuan線xian輸shu入ru端duan,並bing不bu包bao括kuo電dian源yuan的de輸shu出chu端duan。本ben文wen所suo介jie紹shao的de噪zao聲sheng分fen析xi方fang法fa可ke以yi借jie鑒jian電dian源yuan輸shu出chu端duan的de共gong模mo噪zao聲sheng和he差cha模mo噪zao聲sheng測ce試shi,如ru使shi用yong兩liang個ge電dian流liu探tan頭tou和heCM/DM分離器(或LISN UP)就可以快速診斷電源輸出端共模噪聲。如果要求不高,也可采用倒置的LISN和CM/DM分離器來測試電源輸出端的共模噪聲。
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