电源滤波器的电磁兼容性设计

时间：2013-01-09

　　0 引言

　　电磁兼容性（ EMC）是指电子、电器设备共处一个环境中能互不干扰、兼容工作的能力。一个现代电子和电器产品（设备、系统）的电磁兼容性对保证产品正常功能的发挥起着至关重要的作用，这已是国内外业界公认的事实。

　　本文结合国军标的电磁兼容实验传导干扰项目及实验中遇到的问题分析了传导干扰产生的原因及测试方法，介绍了电源滤波器的设计及设备的电磁兼容设计中滤波器的选择方法。首先介绍传导干扰产生的原因。

　　1 传导干扰

　　在对某设备的电磁兼容实验中发现，传导干扰项目CE102 超标，测试结果如图1 所示。产品电源线上的噪声电流是产生传导干扰的原因，因为一旦这些电流传到供电网上，它们将有效辐射，产生干扰。传导干扰的耦合途径是直接相通的电路，干扰信号正是通过此电路由干扰源耦合到敏感设备。解决传导耦合的办法是防止导线感应噪声，即采用适当的屏蔽并将导线分离，或者在干扰进入敏感电路之前，用滤波方法从导线上除去噪声。

某设备CE102 测试图

图1 　某设备CE102 测试图

　　1. 1 设备的传导干扰进入供电网络

　　被测设备电源线上的噪声电流进入供电网络的路径如图2 所示。

在一个装置中产生的噪声链通过电源线图

图2 　在一个装置中产生的噪声链通过电源线图

　　1. 2 利用阻抗稳定网络测量传导干扰

　　利用阻抗稳定网络测量传导干扰的布置图如图3 所示。

利用阻抗稳定网络测量传导发射图

图3 　利用阻抗稳定网络测量传导发射图

　　典型的阻抗稳定网络电原理图如图4 所示。

典型FCC 阻抗稳定网络电原理图

图4 　典型FCC 阻抗稳定网络电原理图

　　测量的电压由差模和共模电流两部分组成，用这些电流表示的相电压和中线电压为：

　　用理想的L ISN 测量的共模和差模电流对传导干扰的影响见图5 .

用理想L ISN 测量的共模和差模电流对传导干扰的影响图

图5 　用理想L ISN 测量的共模和差模电流对传导干扰的影响图

　　从图5 中可看出共模噪声电流可对测量的传导干扰做出贡献，而且它们是通过地线返回，这一事实给出了减小传导干扰的一种有效方法，就是在地线中放一个电感来抑制共模电流，如图6 所示。

利用安全地线电感阻隔共模电流

图6 　利用安全地线电感阻隔共模电流

　　双线制产品不采用地线连接，因此可认为没有共模电流，然而机壳与场地金属墙之间的电容也会构成共模电流回路。

　　由公式（1）可知V P与V N 为I C与I D 的和与差。当ICm ID 时， V P ≈50 IC , V N ≈50 IC ; 当ID

　　m IC 时，V P≈50 ID ,V N ≈ - 50 ID .

　　在标准频率范围（10 kHz~30 MHz）的某些部分共模电流占优势，而其它部分以差模电流为主。由于电源滤波器中每一元件主要影响一个分量，我们应首先判别产品的传导干扰中哪一分量为主，然后改变电源滤波器中影响该分量的元件数值。实验设备的超标点在115 ~160 kHz 之间，并且已经使用了屏蔽电缆，那么只有采取在电源线后端加装滤波器的方法来降低该设备的传导干扰了。通过分析实验结果，我们发现该设备的相电压与中线电压的超标频点及数值基本一致，即V P = V N .这时就要考虑如何选择滤波器才能达到的效果。

　　2 滤波设计

　　抑制设备传导发射常用和有效的方法就是加装电磁感应（ EMI）滤波器，而滤波器与屏蔽设计结合也是抑制辐射发射的有效方法。因此滤波设计是EMC 设计的重要手段之一。

　　用于控制传导干扰的EMI 滤波器分为两大类：通信线路滤波器---控制系统间EMI ;电源线滤波器---控制系统内EMI.

　　2. 1 电源线滤波器设计

　　在电源线上的干扰具有共模（ CM）和差模（DM）电流分量，在一个滤波器中同时很好地抑制这2 种干扰比较困难。事实上一个产品电源线的干扰一般总是一个分量占优势，只要重点抑制就会收到好的效果。抑制共模分量通常采用L 型滤波器或T 型滤波器。

　　对高的源阻抗和低的负载阻抗采用L 型滤波器，负载边接电感，源边接电容，如图7 所示。

T 型滤波器图