开关电源EMI滤波器原理与设计研究
魏应冬，吴燮华
(浙江大学电气工程学院，浙江 杭州 310027）
摘要：在开关电源中，EMI滤波器对共模和差模传导噪声的抑制起着显著的作用。在研究滤波器原理的基础上，探讨了一种对共模、差模信号进行独立分析，分别建模的方法，最后基于此提出了一种EMI滤波器的设计程序。
关键词：开关电源；EMI滤波器；共模；差模
0 引言
高频开关电源由于其在体积、重量、功率密度、效率等方面的诸多优点，已经被广泛地应用于工业、国防、家电产品等各个领域。在开关电源应用于交流电网的场合，整流电路往往导致输入电流的断续，这除了大大降低输入功率因数外，还增加了大量高次谐波。同时，开关电源中功率开关管的高速开关动作（从几十kHz到数MHz），形成了EMI（electromagnetic interference）骚扰源。从已发表的开关电源论文可知，在开关电源中主要存在的干扰形式是传导干扰和近场辐射干扰，传导干扰还会注入电网，干扰接入电网的其他设备。
减少传导干扰的方法有很多，诸如合理铺设地线，采取星型铺地，避免环形地线，尽可能减少公共阻抗；设计合理的缓冲电路；减少电路杂散电容等。除此之外，可以利用EMI滤波器衰减电网与开关电源对彼此的噪声干扰。
EMI骚扰通常难以精确描述，滤波器的设计通常是通过反复迭代，计算制作以求逐步逼近设计要求。本文从EMI滤波原理入手，分别通过对其共模和差模噪声模型的分析，给出实际工作中设计滤波器的方法，并分步骤给出设计实例。
1 EMI滤波器设计原理
在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的d v/d t 和d i/d t，因而电磁发射EME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率范围从开关工作频率到几MHz。所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率范围在0.15～30MHz。设计EMI滤波器，就是要对开关频率及其高次谐波的噪声给予足够的衰减。基于上述标准，通常情况下只要考虑将频率高于150kHz的EME衰减至合理范围内即可。
在数字信号处理领域普遍认同的低通滤波器概念同样适用于电力电子装置中。简言之，EMI滤波器设计可以理解为要满足以下要求：
1）规定要求的阻带频率和阻带衰减；（满足某一特定频率f stop有需要H stop的衰减）；
2）对电网频率低衰减（满足规定的通带频率和通带低衰减）；
3）低成本。
1.1 常用低通滤波器模型
EMI滤波器通常置于开关电源与电网相连的前端,是由串联电抗器和并联电容器组成的低通滤波器。如图1所示，噪声源等效阻抗为Z source、电网等效阻抗为Z
。滤波器指标（f stop和H stop）可以由一阶、二阶或三阶低通滤波器实现，滤波sink
器传递函数的计算通常在高频下近似，也就是说对于n阶滤波器，忽略所有ωk相关项（当k 图1 滤波器设计等效电路 表1 几种滤波器模型及传递函数 1.2 EMI滤波器等效电路 传导型EMI噪声包含共模（CM）噪声和差模(DM)噪声两种。共模噪声存在于所有交流相线(L、N)和共模地(E)之间，其产生来源被认为是两电气回路之间绝 缘泄漏电流以及电磁场耦合等；差模噪声存在于交流相线(L、N)之间，产生来源是脉动电流，开关器件的振铃电流以及二极管的反向恢复特性。这两种模式的传导噪声来源不同，传导途径也不同，因而共模滤波器和差模滤波器应当分别设计。 显然，针对两种不同模式的传导噪声，将其分离并分别测量出实际水平是十分必要的，这将有利于确定那种模式的噪声占主要部分，并相应地体现在对应的滤波器设计过程中，实现参数优化。在文献[6]和[7]中，提供了两种用于区分共模和差模噪声的噪声分离器，他们能有选择地对共模或差模噪声至少衰减50dB，因而可有效地测量出共模和差模成分。分离器的原理和使用超出了本文的讨论范围，详细内容可见参考文献[6]和[7]。 以一种常用的滤波器拓扑〔图2(a)〕为例，分别对共模、差模噪声滤波器 等效电路进行分析。图2(b)及图2(c)分别代表滤波器共模衰减和差模衰减等效电路。分析电路可知，C x1和C x2只用于抑制差模噪声，理想的共模扼流电感L C只用于抑制共模噪声。但是，由于实际的L C绕制的不对称，在两组L C之间存在有漏感L 也可用于抑制差模噪声。C y即可抑制共模干扰、又可抑制差模噪声，只是由于g 差模抑制电容C x2远大于C y，C y对差模抑制可忽略不计。同样，L D既可抑制共模干扰、又可抑制差模干扰，但L D远小于L C，因而对共模噪声抑制作用也相对很小。 （a）常用的滤波器拓扑 （b）共模衰减等效电路 （c）差模衰减等效电路 图2 一种常用的滤波器拓扑 由表1和图2可以推出，对于共模等效电路，滤波器模型为一个二阶LC型低通滤波器，将等效共模电感记为L CM，等效共模电容记为C CM，则有 L =L C＋L D（1） CM C =2C y（2） CM 对于差模等效电路，滤波器模型为一个三阶CLC型低通滤波器,将等效差模电感记为L DM，等效差模电容记为C DM（令C x1=C x2且认为C y/2< =2L D＋L g（3） DM C =C x1=C x2（4） DM L 型滤波器截止频率计算公式为 C f =（5） R,CM 将式（1）及式（2）代入式（5），则有 f =≈（L C>>L D）（6） R,CM CLC型滤波器截止频率计算公式为 f =（7） R,DM 将式（3）及式（4）代入式（7），则有 f =（8） R,DM 在噪声源阻抗和电网阻抗均确定，且相互匹配的情况下，EMI滤波器对共模和差模噪声的抑制作用，如图3所示。 图3 滤波器差模与共模衰减 2 设计EMI滤波器的实际方法 2.1 设计中的几点考虑 EMI滤波器的效果不但依赖于其自身，还与噪声源阻抗及电网阻抗有关。电网阻抗Z sink通常利用静态阻抗补偿网络(LISN)来校正，接在滤波器与电网之间，包括电感、电容和一个50Ω电阻，从而保证电网阻抗可由已知标准求出。而EMI 源阻抗则取决于不同的变换器拓扑形式。 以典型的反激式开关电源为例，如图4（a）所示，其全桥整流电路电流为断续状态，电流电压波形如图5所示。对于共模噪声，图4(b)所示Z source可以看作一个电流源I S和一个高阻抗Z P并联；图4(c)中对于差模噪声，取决于整流桥二极管通断情况，Z source有两种状态：当其中任意两只二极管导通时，Z source等效为一个电压源V S与一个低值阻抗Z S串连；当二极管全部截止时，等效为一个电流源I S和一个高阻抗Z P并联。因而噪声源差模等效阻抗Z source以2倍工频频率在上述两种状态切换[2]。 （a）典型反激式开关电源 （b）共模噪声源等效电路（c）差模噪声源等效电路 图4 典型反激式开关电源及其噪声源等效电路 图5 电源输入端电压、电流波形 在前述设计过程中，EMI滤波器元件（电感、电容）均被看作是理想的。然而由于实际元件存在寄生参数，比如电容的寄生电感，电感间的寄生电容，以及PCB板布线存在的寄生参数，实际的高频特性往往与理想元件仿真有较大的差异。这涉及到EMC高频建模等诸多问题，模型的参数往往较难确定，所以，本文仅考虑EMI滤波器的低频抑制特性，而高频建模可参看文献[8]等。故Z S及Z P取值与这些寄生电容、电感以及整流桥等效电容等寄生参数有关，直接采用根据电路拓扑及参数建模的方案求解源阻抗难以实现，因而，在设计中往往采用实际测量Z source。 2.2 实际设计步骤 EMI滤波器设计往往要求在实现抑制噪声的同时，自身体积要尽可能小，成本要尽可能低廉。同时，滤波效果也取决于实际的噪声水平的高低，分析共模和差模噪声的干扰权重，为此，在设计前要求确定以下参量，以实现设计的优化。 1）测量干扰源等效阻抗Z source和电网等效阻抗。实际过程中往往是依靠理论和经验的指导，先作出电源的PCB板，这是因为共模、差模的噪声源和干扰途径互不相同，电路板走线的微小差异都可能导致很大EME变化。 2）测量出未加滤波器前的干扰噪声频谱，并利用噪声分离器将共模噪声 V 和差模噪声V measure,CM分离，做出相应的干扰频谱。 MEASUREE,CM 接着就可以进行实际的设计了，仍以本文中提出的滤波器模型为例，步骤如下。 （1）依照式（9）计算滤波器所需要的共模、差模衰减，并做出曲线V measure， －f和V measure，DM－f，其中V measure，CM和V measure，DM已经测得，V standard，CM和V standard，DM可参照CM 传导EMI干扰国标设定。加上3dB的原因在于用噪音分离器的测量值比实际值要大3dB。 (V req,CM)dB=(V measure,CM)－(V standard,CM)＋3dB (V req,DM)dB=(V measure,DM)－(V standard,DM)＋3dB（9） （2）由图3可知，斜率分别为40dB/dec和60dB/dec的两条斜线与频率轴的交点即为f R,CM和f R，DM。作V measure，CM－f和V measure，DM－f的切线，切线斜率分别为40dB/dec 和60dB/dec，比较可知，只要测量他们与频率轴的交点，即可得出f R,CM和f R，DM，图6所示为其示意图。 （a）实线为共模目标衰减；虚线为斜率为40dB/dec切线 （b）实线为差模目标衰减；虚线为斜率为60dB/dec切线 图6f R,DM与f R,CM的确定 （3）滤波器元件参数设计 ——共模参数的选取C y接在相线和大地之间，该电容器容量过大将会造成漏电流过大，安全性降低。对漏电流要求越小越好，安全标准通常为几百μA 到几mA。 EMI对地漏电流I y计算公式为 I =2πfCV c（10） y 式中：f为电网频率。 在本例中，V c是电容C y上的压降，f=50Hz，C=2C y，V c=220/2=110V，则 C =（11） y 若设定对地漏电流为0.15mA，可求得C y≈2200pF。将C y代入步骤（2）中求得f R,CM 值，再将f R,CM代入式（6）中可得 L =（12） c ——差模参数选取 由式（8）可知，C x1，C x2，以及L D的选取没有唯一解，允许设计者有一定的自由度。 由图2可知，共模电感L c的漏感L g也可抑制差模噪声，有时为了简化滤波器，也可以省去L D。经验表明，漏感L g量值多为L c量值的0.5％～2％。L g可实测获得。此时，相应地C x1、C cx2值要更大。 3 结语 本文的论述是基于低通滤波器的低频模型分析。由于实际元件寄生参数的影响，尤其在高频段更加显著，因而往往需要在第一次确定参数之后反复修正参数，以及使用低ESR和ESL的电容，优化绕制磁芯的材料和工艺，逐步逼近要求的技术指标。 由于只涉及到单级滤波器的设计，如LC型滤波器衰减程度只有40dB/dec，当要求衰减程度在60～80dB以上的指标时，往往需要使用多级滤波器。 通用型的EMI滤波器通常很难设计，这是由于不同的功率变换器之间，由于拓扑、选用元件、PCB布版等原因，电磁环境水平相差很大，再加上阻抗匹配的问题，在很大程度上影响了滤波器的通用性，所以，滤波器的设计往往需要有针对性，并在实际调试中逐步修正。 作者简介 魏应冬，男，硕士研究生，现从事电力电子拓扑及电磁兼容相关研究。 吴燮华，女，教授，硕士生导师，现从事电力电子系统集成及智能控制等方面研究。 开关电源的EMI处理方法 一、开关电源EMI整改中，关于不同频段干扰原因及抑制办法。 1MHZ以内，以差模干扰为主。 ①增大X电容量； ②添加差模电感； ③小功率电源可采用 PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。 1MHZ-5MHZ，差模共模混合，采用输入端并联一系列 X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决， ①对于差模干扰超标可调整 X 电容量,添加差模电感器，调差模电感量； ②对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制； ③也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如 FR107 一对普通整流二极管 1N4007。 5M以上，以共摸干扰为主，采用抑制共摸的方法。 对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕 2-3 圈会对 10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用; 可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环. 处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。 20-30MHZ， ①对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置； ②调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值； ③在变压器外面包铜箔；变压器最里层加屏蔽层；调整变压器的各绕组的排布。 ④改变PCB LAYOUT； ⑤输出线前面接一个双线并绕的小共模电感； ⑥在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数； ⑦在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE； ⑧在变压器的输入电压脚加一个小电容。 ⑨可以用增大MOS驱动电阻. 30-50MHZ，普遍是MOS管高速开通关断引起。 ①可以用增大MOS驱动电阻； ②RCD缓冲电路采用1N4007 慢管； ③VCC供电电压用1N4007 慢管来解决； ④或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感； ⑤在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路； ⑥在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE； ⑦在变压器的输入电压脚加一个小电容； ⑧PCB心LAYOUT 时大电解电容，变压器，MOS构成的电路环尽可能的小； ⑨变压器，输出二极管，输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。 50-100MHZ，普遍是输出整流管反向恢复电流引起。 ①可以在整流管上串磁珠； ②调整输出整流管的吸收电路参数； ③可改变一二次侧跨接Y电容支路的阻抗,如PIN脚处加BEAD CORE或串接适当的电阻； ④也可改变MOSFET，输出整流二极管的本体向空间的辐射（如铁夹卡MOSFET; 铁夹卡DIODE，改变散热器的接地点）； ⑤增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射。 200MHZ以上，开关电源已基本辐射量很小，一般可过EMI标准。 补充说明: 开关电源高频变压器初次间一般是屏蔽层的，以上未加缀述。开关电源是高频产品，PCB 的元器件布局对EMI.,请密切注意此点。 开关电源若有机械外壳，外壳的结构对辐射有很大的影响，请密切注意此点。主开关管、主二极管不同的生产厂家参数有一定的差异，对 EMC 有一定的影响，请密切注意此点。二、EMI滤波器设计原理 在开关电源中，主要的EMI骚扰源是功率半导体器件开关动作产生的DV/DT和DI/DT，因而电磁发射E ME(Electromagnetic Emission)通常是宽带的噪声信号，其频率范围从开关工作频率到几MHz。所以，传导型电磁环境（EME）的测量，正如很多国际和国家标准所规定，频率范围在0.15～30MHz。设计EMI滤波 法方题的技术决EMI和EMC问—TDK公司—解 ：有三大类主要、屏蔽、铁氧体。动元件被 方法屏蔽的目：；进来部噪音渗透或内解决部噪音发射出去外用采主要：壳、/箔/外金属板、板收/箔铁氧体吸；外壳金网格状属 铁氧体方法 目的： 吸收噪音并把它转化成热量散发出去 主要采用： 型铁氧体、分离体磁环、铁氧滤波器、夹子 铁氧体。平板型 采用：：动被元件方法主要状磁珠、片状电感、片状电容、片容）、端电容、穿心电片状贯通型电容（三波器、3端滤器、圈或共模滤波扼共模流器、或突波吸收阻压敏电。波EMC滤器电源线 件元述，这种描路可用电感+电阻来体的磁珠主要成分是铁氧，他的等效电些可将这据或数线上时，联现段呈高阻抗，将它串在高频信号高特的性是在频。热量散发掉音线路上的高频噪转化成射反把它并的高频噪音，过线是上联电感串在线路，作用阻挡从路上传来处。源回发生。上地到通旁音噪频高将是用作的它，间之地与路线在接容电． L的ES容一样，但它穿心电容）的作用与片状电贯通型电容（三端电容、应C）的容（MLC的有一定ESR多层陶瓷电值更低，因此高频特性更好。在需要波），抑制高频纹用场合（如将构允许采用的新结有很大的优势，因为它KTD的MLCC具【。数值何你想要的任ESR设定在】一有性是成，它的特或1电感+2电容）构三端滤波器由2电感+1电容（滤端，3多的噪音容感或电不能减少足够个陡峭的衰减曲线。如果使用片状电择。很好的选波器可能就是一个共模扼流圈（或共模滤波器）都能抑制差分传输的信号线和数据线上的共模噪音，但同时又不影响差模信号。【TDK的对抗高速数据传输线路EMI的共模滤波器有ACM2012H-900和TCM1210U-500-2P已将截止频率(传送带域)分别扩大到了6GHz和8GHz。为了满足新一代纤薄型高清便携式电子设备配备HDMI接口的需要，TDK在ACM2012H的基础上开发出了体积仅为其四分之一的HDMI 1.3兼容薄膜共模滤波器TCM1210H，尺寸从ACM2012H的2.0×1.2×1.2mm大幅降低到1.2×1.0×0.6mm，且截止频率仍做到6GHz。TCM1210H还大幅改善了信号的抖动性能，从而使得用户能看到更清晰平滑的画面。TCM1210U-500-2P是TDK针对传输速率比HDMI接口标准(2.25Gbps)更高的DisplayPort接口标准(每线速率为2.7Gbps，传输速率总和高达10.8Gbps)而开发的，这一可抑制DisplayPort接口电磁干扰的宽带薄膜共模滤波器的截止频率达到了8GHz，比现有的HDMI薄膜共模滤波器TCM1210H的截止频率还高出2GHz，尺寸也相差无几，仅为1.25×1.0×0.6mm。该滤波器既能有效地控制噪音，又具有无损高速差分传输线路信号的优】。输异传特性 之线和设备于降低交流电源也器是共模滤波器的一种，它主要用夹子滤波和度很长，当互连环路长的辐射噪音和浪涌噪音。特别地数间高速互连据线上接噪音和去很大的电磁块时，互联电缆可能会辐射出积环路面占系统相当大一地口的子设备电源接通常装在交流电源线靠近电到收来自外部的电磁波。它常可非任何电缆就氧体核心组成，无需切断方，它由两个分离型磁珠构成的铁特言的制造商而备前才发现噪音问题运容易地装上去，它对于那些在付电子设共上引发的线电在差分传输数据非有帮助。夹子滤波器还可常有效地抑制静别模噪音， 电等。电高压冲击，如静阻电或突波吸收器也用于对抗突然的压敏 EMI整改不同频段干扰原因及抑制办法 开关电源EMI整改中，关于不同频段干扰原因及抑制办法： 1MHZ以内----以差模干扰为主 1.增大X电容量； 2.添加差模电感； 3.小功率电源可采用PI型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。 1MHZ---5MHZ---差模共模混合 采用输入端并联一系列X电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决， 1.对于差模干扰超标可调整X电容量,添加差模电感器，调差模电感量; 2.对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制； 3.也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如FR107一对普通整流二极管1N4007。 5M---以上以共摸干扰为主，采用抑制共摸的方法。 对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕2-3圈会对10MHZ以上干扰有较大的衰减作用; 可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环. 处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。 对于20--30MHZ， 1.对于一类产品可以采用调整对地Y2电容量或改变Y2电容位置； 2.调整一二次侧间的Y1电容位置及参数值； 3.在变压器外面包铜箔；变压器最里层加屏蔽层；调整变压器的各绕组的排布。 4.改变PCB LAYOUT； 5.输出线前面接一个双线并绕的小共模电感； 6.在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数； 7.在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE； 8.在变压器的输入电压脚加一个小电容。 9. 可以用增大MOS驱动电阻. 30---50MHZ 普遍是MOS管高速开通关断引起 1.可以用增大MOS驱动电阻； 2.RCD缓冲电路采用1N4007慢管； 3.VCC供电电压用1N4007慢管来解决； 4.或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感； 5.在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路； 6.在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE； 7.在变压器的输入电压脚加一个小电容； 8.PCB心LAYOUT时大电解电容，变压器，MOS构成的电路环尽可能的小； 9.变压器，输出二极管，输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。 50---100MHZ 普遍是输出整流管反向恢复电流引起 1.可以在整流管上串磁珠； 2.调整输出整流管的吸收电路参数； 3.可改变一二次侧跨接Y电容支路的阻抗,如PIN脚处加BEAD CORE或串接适当的电阻； 4.也可改变MOSFET，输出整流二极管的本体向空间的辐射（如铁夹卡MOSFET; 铁夹卡DIODE，改变散热器的接地点）。 5.增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射. 200MHZ以上开关电源已基本辐射量很小，一般可过EMI标准 补充说明: General Purpose Peak EMI reduction IC General Features ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1x, LVCMOS Peak EMI Reduction Incorporates the latest Timing-Safe technology which allows the spread of analog video signal Input frequency: 1 0MHz - 35MHz @ 2.5V 1 0MHz - 40MHz @ 3.3V Output frequency : 1 0MHz - 35MHz @ 2.5V 1 0MHz - 40MHz @ 3.3V Analog Deviation Selection Spread Spectrum Enable/Disable Supply Voltage: 2.5V±0.2V 3.3V±0.3V 8pin TDFN(2X2) COL Packages Commercial temperature range DC coupled to XIN/CLKIN) and locks on to it delivering a 1x modulated clock output. SSDCP1108AF has a SSON pin for enabling and disabling Timing-Safe?Spread Spectrum function. SSDCP1108AF has an SSEXTR pin to select different deviations depending upon the value of an external resistor connected between SSEXTR and GND. Charge Pump (CP) control selects one of the two different Charge Pump current settings. SSDCP1108AF operates from a 3.3V/2.5V supply, and is available in an 8 pin TDFN(2X2) COL packages, over Commercial temperature range. Functional Description SSDCP1108AF is a versatile, 3.3V/2.5V Peak EMI reduction IC. SSDCP1108AF accepts an input clock either from a fundamental Crystal or from an external reference (AC or ? Application SSDCP1108AF is targeted for consumer electronics application such as MFP, STB, DSC, MID,HDMI,LCD panel Camcorder,and other timing sensitive analog video imaging applications ?Applications of HDMI, RJ45 port has good compatibility Block Diagram VDD SSON CP XIN/CLKIN XOUT Crystal Oscillator PLL ModOUT SSEXTR GND 基于MAX9511的视音频接口EMI/EMC解决方案 ? ?一般来说，由于产品的种类和测试机构不同，针对电磁干扰及电磁兼容的测试要求也不同。但还是可以将EMI/EMC测试大致分为两类：第一种为辐射：该测试限定了某产品辐射或传导的信号幅度和频率，从而使其不会对其它产品产生干扰。第二种为敏感度(也称为抗扰度)：该测试通过限定会干扰 设备正常工作的辐射和传导信号的幅度和频率，说明产品的辐射抑制能力。如上所述，EMI可分为传导干扰和辐射干扰两种。由于所有的EMI辐射都是由电流产生的，因此这两种干扰彼此相关。但并不是所有的电流都会产生辐射。因此，首先要分析和抑制辐射干扰问题，然后再处理传导干扰问题。对于这两种干扰来说，辐射干扰更难预测和抑制。因此它是造成大多数非主动辐射产品EMI测试失败的主要原因。在此，我们将着重讨论如何解决众多产品中普遍存在的音频/视频接口的辐射干扰问题。 ?在实际安规设计中，我们可以考虑采用多种方法来满足EMI/EMC规则中 所限定的条件。但这些方法大都可以归入屏蔽和滤波两大类。在实际产品中，这些方法都要与特定的应用相结合，实现全面的EMI解决方案。例如，在大多数产品中，都会用一个金属壳体来屏蔽辐射，同时利用L-C或R-C滤波器来降低输入/输出线的传导干扰。此外，还可以使用一个抖动时钟来扩展频谱范围，以降低特定应用的滤波或屏蔽要求。当产品的EMI性能基本达到要求时，都会被拿到认证实验室进行正规测试。如果产品通过了测试，就可以投放市场；而不能通过测试就意味着存在问题。解决问题时，即使一个小小的改动也要花费很长时间。这样就可能耽误产品的上市时间，因为国际和国内 完整ESD及EMI保护方案 对于电子产品而言，保护电路是为了防止电路中的关键敏感型器件受到过流、过压、过热等冲击的损害。保护电路的优劣对电子产品的质量和寿命至关重要。随着消费类电子产品需求的持续增长，更要求有强固的静电放电(ESD)保护，同时还要减少不必要的电磁干扰(EMI)/射频干扰(RFI)噪声。此外，消费者希望最新款的消费电子产品可以用小尺寸设备满足越来越高的下载和带宽能力。随着设备的越来越小和融入性能的不断增加，ESD以及许多情况下的 EMI/RFI抑制已无法涵盖在驱动所需接口的新一代IC当中。另外，先进的系统级芯片(SoC)设计都是采用几何尺寸很小的工艺制造的。为了优化功能和芯片尺寸，IC设计人员一直在不 断减少其设计的功能的最小尺寸。IC尺寸的缩小导致器件更容易受到ESD电压的损害。过去，设计人员只要选择符合IEC61000-4-2规范的一个保护产品就足够了。因此，大多数保护产品的数据表只包括符合评级要求。由于集成电路变得越来越敏感，较新的设计都有保护元件来满足标准评级，但ESD冲击仍会形成过高的电压，有可能损坏IC。因此，设计人员必须选择一个或几个保护产品，不仅要符合ESD脉冲要求，而且也可以将ESD冲击钳位到足够低的电压，以确保IC得到保护。图1：美国静电放电协会(ESDA)的ESD保护要求先进技术实 现强大ESD保护安森美半导体的ESD钳位性能备受业界推崇，钳位性能可从几种方法观察和量化。使用几个标准工具即可测量独立ESD保护器件或集成器件的ESD钳位能力，包括ESD 保护功能。第一个工具是ESD IEC61000-4-2 ESD脉冲响应截图，显示的是随时间推移的 钳位电压响应，可以看出ESD事件中下游器件的情形。图2：ESD钳钳位截图除了ESD钳位屏幕截图，另一种方法是测量传输线路脉冲(TLP)来评估ESD钳位性能。由于ESD事件是一个很短的瞬态脉冲，TLP可以测量电流与电压(I-V)数据，其中每个数据点都是从短方脉冲获得的。TLP I-V曲线和参数可以用来比较不同TVS器件的属性，也可用于预测电路的ESD 钳位性能。图3：典型TLP I-V曲线图安森美半导体提供的高速接口ESD保护保护器件阵容有两种类型。第一类最容易实现，被称为传统设计保护。在这种类型设计中，信号线在器件下运行。这些器件通常是电容最低的产品。另一类是采用PicoGuard® XS技术的产品。这种类型设计使用阻抗匹配(Impedance Matched)电路，可保证100 Ω的阻抗， 相当于电容为零。这类设计无需并联电感，有助于最大限度地减少封装引起的ESD电压尖 峰。图4：传统方法与PicoGuard® XS设计方法的对比安森美半导体的保护和滤波解 最新降噪解决方案—有效抑制EMI干扰 贸泽电子(Mouser Electronics) 宣布推出全新解决方案页面，此解决方案 涵盖多款Analog Devices 和Coilcraft 产品，可帮助设计人员解决汽车和工业应 用中的电磁干扰(EMI) 问题。此页面列出了各种参考材料和对应的电子元器件，帮助设计人员利用Analog Devices 的Silent Switcher? 2 LT8640S/LT8643S/LT8650S 同步降压稳压器和Coilcraft 的功率电感实现更低的EMI。 Analog Devices Silent Switcher 2 LT8640S、LT8643S 和LT8650S 同步降压稳压器采用可降低EMI 干扰的Analog Devices 第二代Silent Switcher 架构，并使用旁路电容器、地平面、铜柱和其他可优化所有快速电流环路的元件组合，能 够在高切换频率下高效运行。此42V/6A 稳压器的静态电流为2.5 μA，1 MHz 下的效率高达96%，可提供快速、干净且低过冲的切换边缘，即使在高切换频 率下也能实现高效运行和高降压比。 Coilcraft 的功率电感器搭配LT8640S、LT8643S 和LT8650S 稳压器，能进一步降低高噪声及恶劣环境下的EMI。Coilcraft XFL5030 系列屏蔽型功率电感器 具有仅2.15mΩ防燃超低直流电阻。XFL5030 器件具备高达11.5A 的出色电流 处理能力、软饱和，以及可将音频噪声降到最低的复合结构，适用于高频应用。Coilcraft XEL6030 系列高电流屏蔽型功率电感器在2 至5 MHz 高切换频率下具 有超低直流电阻和交流损耗。此系列具有优异的电流处理能力与软饱和特性， 可承受高电流突变，提供介于0.15 μH– 3.3 μH的电感范围。XFL5030 和XEL6030 系列均符合AEC-Q200 Grade 1 汽车规范，并符合RoHS 标准且不含卤素。 如需详细了解EMI 抑制解决方案技术，请参阅贸泽免费提供的白皮书《如 印刷电路板（PCB）设计中的EMI 解决方案 ---使用EMIStream 的实际案例分析 作者：钱傲峰 Cybernet 高级应用工程师 一、 摘 要 电子系统的复杂度越来越高，EMC 的问题相应的也就多了起来，为了使自己的产品能达到相关国际标准，工 其中Ip 表示电流强度，f 表示共模电流的频率，Ls 表示环路面积，d 表示测量天线到电缆的距离 共差摸辐射的计算 其中I 表示电流强度，f 表示共模电流的频率，L 表示电缆线长度，d 表示测量天线到电缆的距离 解决EMI 的主要途径是减少电路板上由各种原因产生的辐射能量。控制EMI 的关键，是降低电源地平面谐振和电路回流路径阻抗，正确放置旁路和去藕电容。 实例：笔者使用EMIStream 工具对板极的EMI 问题进行分析。该工具的两大主要功能是PCB 板的全部网络的EMI 分析，以及电源谐振分析。EMIStream 是由日本NEC 公司基于多年EMI 设计经验开发的应用软件，可以用于Allegro，Mentor， Zuken 和Altium 等各种PCB 设计流程，在PCB 制造之前解决EMI 问题。EMIStream 软件内建13条经典EMI 检查规则，均经过日本NEC 内部产品实际设计结果验证，每个检查规则的设置值是经过实际验证的最佳理论值。 1：EMIStream 分析流程 下图是使用EMIStream 对电路板进行分析的设计流程 EMIStream嵌入在PCB设计的全过程，在设计阶段将EMI问题解决，减少反复设计的次数。 2：布局的EMI检查： A:当我们完成布局后，把ALLEGRO数据直接导入EMIStream工具。 EMIStream和Mentor，Zuken，Altium等其他市场主流的PCB设计工具都有接口，保证数据的完全导入。 B：设定层叠信息，根据PCB板中的层叠信息，填写入EMI. C: 根据电路的设计数据，正确填写电路中相关NET的频率，串扰组，差分对，电源地信号的指定。D：设置规则的参数，我们选择采用默认参数，同时选择长度检查和最大辐射值检查项目对该板实施检查。 结果以对话框的形式显示出来，用户点击错误提示，查看有问题的NET，采用如下方法： a:调整零件的布局位置，减少NET总的长度/ b:调整网络的拓扑结构，减少共模辐射的强度/ 3：布局布线中和完成以后的EMI检查： A：当我们布局布线完成后，实施整板网络检查，我们通过NET Parameter中选择需要检测的所有关键信号，比如时钟，数据，地址线，差分对等，同时可以任意勾选13条规则作为EMI检查的基准。 B：13规则包括如下 1：传导辐射分析 2个规则 2：电流回路分析 3个规则 3：电源，地层 2个规则 4：信号完整性 4个规则 5：零件布局 2个规则 C:检查结果以对话框的方式显示出来，按照网络的EMI问题的严重程度从上到下逐一列出，打开每一条出错网络，将列出全部EMI出错信息（错误列表），有的出错信息还会显示修改提示，最后列出该网络的最大辐射值以及差模辐射共模辐射值； 同时该网络在PCB版图上将高亮度显示，所有错误用红圈在网络上标出。 技术应用-开关电源的EMI处理新方法 关键字：技术应用开关电源 EMI 处理方法2009-05-11 一、开关电源EMI整改中，关于不同频段干扰原因及抑制办法。 1MHZ以内，以差模干扰为主。 ①增大X电容量； ②添加差模电感； ③小功率电源可采用 PI 型滤波器处理(建议靠近变压器的电解电容可选用较大些)。 1MHZ-5MHZ，差模共模混合，采用输入端并联一系列 X 电容来滤除差摸干扰并分析出是哪种干扰超标并以解决， ①对于差模干扰超标可调整 X 电容量,添加差模电感器，调差模电感量； ②对于共模干扰超标可添加共模电感,选用合理的电感量来抑制； ③也可改变整流二极管特性来处理一对快速二极管如 FR107 一对普通整流二极管 1N4007。 5M以上，以共摸干扰为主，采用抑制共摸的方法。 对于外壳接地的，在地线上用一个磁环串绕 2-3 圈会对 10MHZ 以上干扰有较大的衰减作用; 可选择紧贴变压器的铁芯粘铜箔, 铜箔闭环. 处理后端输出整流管的吸收电路和初级大电路并联电容的大小。 20-30MHZ， ①对于一类产品可以采用调整对地Y2 电容量或改变Y2 电容位置； ②调整一二次侧间的Y1 电容位置及参数值； ③在变压器外面包铜箔；变压器最里层加屏蔽层；调整变压器的各绕组的排布。 ④改变PCB LAYOUT； ⑤输出线前面接一个双线并绕的小共模电感； ⑥在输出整流管两端并联RC滤波器且调整合理的参数； ⑦在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE； ⑧在变压器的输入电压脚加一个小电容。 ⑨可以用增大MOS驱动电阻. 30-50MHZ，普遍是MOS管高速开通关断引起。 ①可以用增大MOS驱动电阻； ②RCD缓冲电路采用1N4007 慢管； ③VCC供电电压用1N4007 慢管来解决； ④或者输出线前端串接一个双线并绕的小共模电感； ⑤在MOSFET的D-S脚并联一个小吸收电路； ⑥在变压器与MOSFET之间加BEAD CORE； ⑦在变压器的输入电压脚加一个小电容； ⑧PCB心LAYOUT 时大电解电容，变压器，MOS构成的电路环尽可能的小； ⑨变压器，输出二极管，输出平波电解电容构成的电路环尽可能的小。 50-100MHZ，普遍是输出整流管反向恢复电流引起。 ①可以在整流管上串磁珠； ②调整输出整流管的吸收电路参数； ③可改变一二次侧跨接Y电容支路的阻抗,如PIN脚处加BEAD CORE或串接适当的电阻； ④也可改变MOSFET，输出整流二极管的本体向空间的辐射（如铁夹卡MOSFET; 铁夹卡DIODE，改变散热器的接地点）； ⑤增加屏蔽铜箔抑制向空间辐射。 200MHZ以上，开关电源已基本辐射量很小，一般可过EMI标准。 补充说明: 开关电源高频变压器初次间一般是屏蔽层的，以上未加缀述。开关电源是高频产品，PCB 的元器件布局对EMI.,请密切注意此点。 开关电源若有机械外壳，外壳的结构对辐射有很大的影响，请密切注意此点。主开关管、主二极管不同的生产厂家参数有一定的差异，对 EMC 有一定的影响，请密切注意此点。二、EMI滤波器设计原理 传导电磁干扰噪声综合解决方案 来源：| 作者：赵阳| 发布时间：2011-01-11 13:31:01 | 浏览：61次【字体：大中小】 摘要:为有效抑制传导电磁干扰噪声,设计了一种能够较好抑制共模噪声的优化噪声分离网络,采用单电流探头法提取噪声源内阻抗,并从技术与经济角度对各类分离网络、EMI滤波器性能进行决策参数建模,据此设计合适的传导电磁干扰综合解决方案.进行了噪声分离网络共模抑制比特性试验和基于单电流探头测量的EMI噪声源内阻抗提取试验,并开发了传导EMI噪声综合处理系统. 结果表明,该综合解决方案可以实现对传导噪声的有效分离及噪声源内阻抗提取,同时可兼顾技术性与经济性而达到优化;所建立的噪声综合处理系统能较好完成噪声综合解决方案,对传导电磁兼容有参考意义. 关键词:电磁兼容;电磁干扰;噪声抑制;解决方案;电力电子 随着高频开关器件的广泛应用,传导电磁干扰(electromagnetic interference,简称EMI)问题不断涌现并愈加严重,因此传导EMI研究逐渐成为电力电 子领域中的一个研究热点.传导EMI相关研究可分为以下几类.①噪声分离网络技术研究:如以变压器[1-2]或射频功分器[3]为核心的分离网络,可将混合噪声分离为共模(common mode,简称CM)、差模(d ifferentialmode,简称DM)噪声,但变压器的寄生效应影响网络的高频特性,而功分器因其价格昂贵而限制了应用范围.②噪声源内阻抗提取研究:如插入损耗法[4]及双电流探头法[5]等可以初步测定噪声源内阻抗,但由于过程复杂且存在一定假设条件限制,因此提取精度较低有待进一步简化.③EMI 辅助决策系统研究:通过建立决策模型来优化数据和辅助决策,但目前的决策模型并未真正与传导EMI 噪声问题相结合.④EMI噪声智能处理系统研究:文献[6]提出一个包括EMC(electromagnetic compat ibility)测试、产品设计、开发和制造的EMC控制计划,文献[7]提出了一种基于软件的EMI噪声自动测量和滤波器设计方法,但两者仅为理论方案而缺乏具体硬件实现. 针对低经济成本和广适用范围的完整传导EMI噪声综合解决方案匮乏的现状,文中将设计一种优化噪声分离网络,采用单电流探头法提取噪声源内阻抗;并从经济与技术角度对噪声分离网络、EMI滤波器的性能进行决策参数建模;进而设计传导EMI噪声智能处理系统,包括硬件和软件部分. 1 传导EM I噪声分离网络优化 1. 1 网络结构优化 目前国际上规定的传导电磁干扰噪声测量设备是线阻抗稳定网络( line impedance stabilization network,简称LISN),由于LISN仅能测量总噪声而无 法直接检测共模和差模噪声信号分量[8],因此无法为EMI滤波器提供有效信息,故有必要对混合噪声进行噪声分离.在各种噪声分离网络中,基于单个射频变压器 的Mardiguian分离网络结构相对简单,然而由于射频变压器原副边存在寄生电容,致使共模噪声能够通过该寄生电容串入射频变压器副边从而干扰差模分离信号的输出特性.为研究共模噪声输入时对差 13 Vol.29 No.1以往的EMI 解决方案都是如图1（a）所示那样，采用加入扼流圈、屏蔽罩等抑制干扰组件的方式来实现。但是，伴随着电子产品的高性能化和多功能化，电路的工作频率不断升高，采用以往的EMI 解决方案达不到要求的案例也越来越常见。因此，SSCG 作为高效的EMI 解决方案而广受关注。 在图1（b）所示的使用案例中， SSCG 被设置在ASIC 或CPU 的时钟输入端与时钟源（晶振等）之间。 如果用一句话来概括，SSCG 就是一种EMI 抑制元器件，它让时钟慢慢地一点点地变化来分散输出时钟的能量。 其原理类似于图2所示的例子，让水压（频谱能量）一定的水从一个小孔（固定频率）中喷出，这和让它从淋浴喷头的多个小孔（分散频率）中喷出的效果是不同的。后者的水压得到了分散，水的喷出力度（辐射噪声）会变小很多。 EMI抑制效果显著 SSCG不仅对时钟振荡频率（基波） 有抑制作用，对高次谐波的峰值也有抑制作用。此外，如果把SSCG作为ASIC或CPU的时钟源，SSCG不仅对ASIC或CPU自 采用扩频技术的EMI 解决方案 作为EMI 解决方案，扩频时钟发生器（SSCG）正在受到业界的关注。 SSCG 不仅具有高度的电磁干扰（EMI）抑制效果，还有助于产品的小型化并能有效缩短开发时间。富士通的SSCG 采用自主研发的数控技术实现了对时钟频率的理想控制，取得了很好的EMI 抑制效果。 * SSCG ：Spread Spectrum Clock Generator TECHNICAL ANALYSIS 前 言 图2 SSCG 减轻EMI 的示意图 SSCG 的效果 SSCG＝OFF SSCG＝ON 何谓SSCG 图1 以往的EMI 解决方案及SSCG 使用案例 伺服系统感应电及EMI干扰问题的解决方法 1.感应电及EMI干扰问题现象 伺服系统（伺服驱动器、伺服电机）上电待机时，所有设备工作正常；伺服系统在使能或者伺服电机启动时设备带电，触摸时有麻手感；伺服系统在使能或者伺服电机启动时，控制、测量设备（如PLC、计算机、触摸屏等）有采集数据有偏差、控制精度降低、丢失数据或指令脉冲等现象； 干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声的干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、偶发噪声等：按声音干扰模式不同，分为差模干扰（注①）和共模干扰（注②）。共模干扰是信号对地面的电位差，主要是由电网串入，地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态电压所加形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成共模电压，直接影响测控信号，造成元器件坏，这种共模干扰可为直流、亦可谓交流。共模干扰是指用于信号两级间得干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。常见的干扰现象有以下几点： 1) 系统发指令时，电机无规则地转动; 2) 信号等于零时，数字显示表数值乱跳; 3) 传感器工作时，PLC采集过来的信号与实际参数所对应得信号值不吻合，且误差值是随机的，无规律的; 4) 与交流伺服系统共用同一电源工作不正常。 2.感应电及EMI干扰产生概述 1)伺服系统感应电及EMI干扰问题不属于漏电问题。漏电本质是设备在一定的 环境或外力条件下，电气绝缘性能下降或绝缘遭到破坏而出现设备外壳带电的现象。现市场上主流驱动器（包括国产和进口）都采用PWM调制方式产生电机旋转电压，PWM调制方式都会采用电力电子开关器件（如IGBT、IPM模块等）。而这些电力电子开关器件动作时在设备外壳感应出的电压和电流且能量较小（一般感应电流不超过50mA），不会对人体和设备造成破坏性损害； 2)EMI问题分为传导干扰和辐射干扰，传导干扰主要是由于干扰源产生干扰（共 EMI / EMC设计讲座 （二上）PCB上电的来源 在PCB中，会产生EMI的原因很多，例如：射频电流、共模准位、接地回路、阻抗不匹配、磁通量……等。为了掌握EMI，我们需要逐步理解这些原因和它们的影响。虽然，我们可以直接从电磁理论中，学到造成E MI现象的数学根据，但是，这是一条很辛苦、很漫长的道路。对一般工程师而言，简单而清楚的描述更是重要。本文将探讨，在PCB上「电的来源」、Maxwell方程式的应用、磁通量最小化的概念。 电的来源 与磁的来源相反，电的来源是以时变的电双极（electric dipole）来建立模型。这表示有两个分开的、极性相反的、时变的点电荷（point charges）互为相邻。双极的两端包含着电荷的变化。此电荷的变化，是因为电流在双极的全部长度内，不断地流动而造成的。利用振荡器输出讯号去驱动一个没有终端的（unte rminated）天线，此种电路是可以用来代表电的来源。但是，此电路无法套用低频的电路原理来做解释。不考虑此电路中的讯号之有限传播速度（这是依据非磁性材料的介电常数而定），反正射频电流会在此电路产生。这是因为传播速度是有限的，不是无限的。此假设是：导线在所有点上，都包含相同的电压，并且此电路在任何一点上，瞬间都是均衡的。这种电的来源所产生的电磁场，是四个变数的函数： 1. 回路中的电流振幅：电磁场和在双极中流动的电流量成正比。 2. 双极的极性和测量装置的关系：与磁来源一样，双极的极性必须和测量装置的天线之极性相同。 3. 双极的大小：电磁场和电流元件的长度成正比，不过，其走线长度必须只有波长的部分大。双极越大，在天线端所测量到的频率就越低。对特定的大小而言，此天线会在特定的频率下共振。 4. 距离：电场和磁场彼此相关。两者的强度和距离成正比。在远场（far field），其行为和回路源（磁的来源）类似，会出现一个电磁平面波。当靠近「点源（point source）」时，电场和磁场与距离的相依性增加。 近场（near field）（磁和电的成分）和远场的关系，如附图一所示。所有的波都是磁场和电场成分的组合。这种组合称作「Poynting向量」。实际上，是没有一个单独的电波或磁波存在的。我们之所以能够测量到平面波，是因为对一个小天线而言，在距离来源端数个波长的地方，其波前（wavefront）看起来像平面一样。 这种外貌是由天线所观测到的物理「轮廓」；这就好像从河边向河中打水漂一样，我们所看到的水波是一波波的涟漪。场传播是从场的点源，以光速的速度向外辐射出去； 其中，。 电场成分的测量单位是V/m，磁场成分的测量单位是A/m。电场（E）和磁场（H）的比率是自由空间（fre e space）的阻抗。这里必须强调的是，在平面波中，波阻抗Z0，或称作自由空间的特性阻抗，是和距离无关，也和点源的特性无关。对一个在自由空间中的平面波而言： 电磁干扰EMI中电子设备产生的干扰信号是通过导线或公共电源线进行传输，互相产生干扰称为传导干扰。传导干扰给不少电子工程师带来困惑，如何解决传导干扰？找对方法，你会发现，传导干扰其实很容易解决，只要增加电源输入电路中EMC滤波器的节数，并适当调整每节滤波器的参数，基本上都能满足要求，第七届电路保护与电磁兼容研讨会主办方总结八大对策，以解决对付传导干扰难题。 对策一：尽量减少每个回路的有效面积 图1 传导干扰分差模干扰DI和共模干扰CI两种。先来看看传导干扰是怎么产生的。如图1所示，回路电流产生传导干扰。这里面有好几个回路电流，我们可以把每个回路都看成是一个感应线圈，或变压器线圈的初、次级，当某个回路中有电流流过时，另外一个回路中就会产生感应电动势，从而产生干扰。减少干扰的最有效方法就是尽量减少每个回路的有效面积。 对策二：屏蔽、减小各电流回路面积及带电导体的面积和长度 如图2 所示，e1、e2、e3、e4为磁场对回路感应产生的差模干扰信号；e5、e6、e7、e8为磁场对地回路感应产生的共模干扰信号。共模信号的一端是整个线路板，另一端是大地。线路板中的公共端不能算为接地，不要把公共端与外壳相接，除非机壳接大地，否则，公共端与外壳相接，会增大辐射天线的有效面积，共模辐射干扰更严重。降低辐射干扰的方法，一个是屏蔽，另一个是减小各个电流回路的面积（磁场干扰），和带电导体的面积及长度（电场干扰）。 对策三：对变压器进行磁屏蔽、尽量减少每个电流回路的有效面积 如图3所示，在所有电磁感应干扰之中，变压器漏感产生的干扰是最严重的。如果把变压器的漏感看成是变压器感应线圈的初级，则其它回路都可以看成是变压器的次级，因此，在变压器周围的回路中，都会被感应产生干扰信号。减少干扰的方法，一方面是对变压器进行磁屏蔽，另一方面是尽量减少每个电流回路的有效面积。 对策四：用铜箔对变压器进行屏蔽 如图4所示，对变压器屏蔽，主要是减小变压器漏感磁通对周围电路产生电磁感应干扰，以及对外产生电磁辐射干扰。从原理上来说，非导磁材料对漏磁通是起不到直接屏蔽作用的，但铜箔是良导体，交变漏磁通穿过铜箔的时候会产生涡流，而涡流产生的磁场方向正好与漏磁通的方向相反，部分漏磁通就可以被抵消，因此，铜箔对磁通也可以起到很好的屏蔽作用。 对策五：采用双线传输和阻抗匹配 编号：__________ 电源模块的EMI降低解决方案 （最新版） 编制人：__________________ 审核人：__________________ 审批人：__________________ 编制单位：__________________ 编制时间：____年____月____日 DC/DC转换器是一种很好的高频噪声源。设计人员必须采取谨慎措施，尽量减少并控制转换器附近和周围的噪声，以防止其影响其他系统组件或交流电源。我们不希望我们的产品从测试中回来并发现我们的电磁干扰（EMI）或传导发射（CE）检测失败。更重要的是，我们不希望这些噪声源降低我们的产品性能，因此我们需要了解这种噪声的机制以及如何将其降至。 辐射发射（RE）或电磁干扰EMI） 许多模块都具有五面屏蔽，有效地包含相邻组件的辐射发射。通常，面向印刷电路板（PC）的第六侧未被屏蔽，但建议将接地平面放置在转换器下方并连接到壳体上。这种方法是控制转换器发出的EMI的方法。例如，Power-One电源采用金属屏蔽结构，公司为其CPA和CPS系列板外模块化电源解决方案提供CE和RE数据表曲线。 基极电镀转换器可提供更好的近场B场辐射保护。在大多数频率下，基座电镀转换器比开放式框架设计安静约10 dB/μM。 模块化电源产品通常设计用于通过ComitéInternationaleSpécialdesPerturbations Radioelectrotechnique（国际无线电干扰特别委员会，或CISPR）和联邦通信委员会（FCC）标准。 CISPR标准通常仅 涉及电磁兼容性（EMC）发射测试方法和限制。 化EMI的基本指导原则如下： 保持电流回路较小（图1）。导体通过感应和辐射耦合能量的能力通过较小的环路降低，环路起到天线的作用。 对于成对的铜印刷电路板（PC），使用宽（低阻抗） 在干扰源处定位滤波器，基本上尽可能靠近电源模块。 应选择滤波器元件值，并考虑到所需的衰减频率范围。例如，电容器在某个频率下是自谐振的，超过该频率它们看起来是电感性的。使旁路电容引线尽可能短。 在考虑到噪声源与潜在易受影响电路的接近程度时，在PC板上找到元件。 图1：避免大环路将限度地降低EMI或RE。（由Lineage Power提供） 对于所有应用程序，没有一种完美的EMI策略，但事先的一些基本思想可以使任务变得更加容易。步是确保组件的位置化噪音。例如，去耦电容应尽可能靠近转换器，尤其是 EMI预认证测试解决方案 概述 R&S预测试工具包的用途：依据企业内部或者民标/军标进行传导和辐射EMI测量。这些工具能够在产品设计和研发的初期，给元器件，模块，和设备制造商提供有效的帮助，使研发人员可以提前采取相应的措施避免以后重复进行昂贵的认证测试。多样的测试能力，高精度和快速的自动测量模式使得这些工具成为研发实验室的首选。 主要特点 ?产品研发过程中理想的EMI诊断工具 ?可靠获取，评估和记录测试数据 ?支持R&S EMI预认证测试软件–ES-SCAN，包含R&S测试接收机ESL和ESPI驱动?灵活的设置：用于传导电压测试、传导电流测试、骚扰功率功率以及辐射EMI测试?包含所有测试所需电缆–GPIB电缆，LISN控制电缆和射频电缆 选择测试接收机 ESL3 ESPI3 频率范围ESL3: 9 kHz 至3/6 GHz 9 kHz 至3/7 GHz 显示平均噪声电平<–152 dBm (1 Hz) <–155 dBm (1 Hz) 检波器max. peak, min. peak, auto peak, sample, RMS, CISPR-AV, CISPR-RMS quasi peak, average 预选器/预放预放可选预选器和预放可选 电平测量不确定度0.5 dB 无预选器:0.5 dB 有预选器:<1.5 dB 分辨率带宽10 Hz to 10 MHz (–3 dB), CISPR：200 Hz, 9 kHz, 120 kHz, 1 MHz GPIB 接口可选（FSL-B10）标配 跟踪源可选 频谱模式标配 近场探头 用于电场和磁场近场测量的HZ-11探头组是进 行EMI诊断和问题点定位的有效工具。它主要用于诊断来自于电路板、IC、电缆、外壳泄漏点以及类似的电磁干扰源的辐射。检测到的辐射信号可以显示在测试接收机上。 探头组包括： ?三个无源磁场探头 -电场屏蔽环直径1cm,3cm和6cm ?两个无源电场探头 -一个棒状探头和一个球状探头 ?一个探头延长杆 ?一个宽带预放 *参数详见HZ-11技术资料 传导EMI测试所需的线性阻抗 稳定网络(LISN) LISN将干扰从被测设备耦合到测试设备，同时，在所要求的频带内提供稳定和标准的阻抗。 实际的测量电压值受到被测件的源阻抗和LISN的负载阻抗的比值影响，如果LISN阻抗不稳定，在不同的测试地点的测试结果就会没有可重复性。 CISPR定义了不同类型网络的LISN阻抗。 R&S?ENV216 满足CISPR 16-1-2, EN 55016-1-2, VDE 0876 and ANSI C63.4要求，可在9kHz to 30 MHz频带内模拟(50 μH + 5 =)|| 50 =的阻抗 *参数详见ENV216技术指标 电流和电压探头 电流钳可测量在设备或系统供电线和控制线上的射频电流。电流钳本身是个变压器，携带电流的导体就是它的初级线圈，在电流钳的RF端口输出对应于初级线圈电流的电压。 R&S EZ-17电流钳特别用于其它耦合网络 （例如线性阻抗稳定网络）不适用的场合。 *参数详见EZ-17技术指标。 CISPR, ANSI和FCC 都描述了可用于测量电源端传导发射的电压探头。电压探头通常应用在没有LISN或者在有大电流的状况下。 无源电压探头ESH2-Z3(依据CISPR16-1 and VDE0876)可适用于在有高电压的电缆上的RFI电压测试，例如交流输电线。开关电源EMI整改方案
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