电源EMI滤波器的PCB设计

第二篇抗干扰3（部分）3 提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。

提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：（1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。

（2）布线时，电源线和地线要尽量粗。

除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。

（3）对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。

其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。

（4）对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。

（5）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。

（6）IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。

第三篇印制电路板的可靠性设计-去耦电容配置在直流电源回路中，负载的变化会引起电源噪声。

例如在数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。

配置去耦电容可以抑制因负载变化而产生的噪声，是印制电路板的可靠性设计的一种常规做法，配置原则如下：●电源输入端跨接一个10～100uF的电解电容器，如果印制电路板的位置允许，采用100uF以上的电解电容器的抗干扰效果会更好。

●为每个集成电路芯片配置一个0.01uF的陶瓷电容器。

如遇到印制电路板空间小而装不下时，可每4～10个芯片配置一个1～10uF钽电解电容器，这种器件的高频阻抗特别小，在500kHz～20MHz范围内阻抗小于1Ω，而且漏电流很小（0.5uA以下）。

●对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件，应在芯片的电源线（Vcc）和地线（GND）间直接接入去耦电容。

●去耦电容的引线不能过长，特别是高频旁路电容不能带引线。

第四篇电磁兼容性和PCB设计约束（缺具体数据）PCB布线对PCB的电磁兼容性影响很大，为了使PCB上的电路正常工作，应根据本文所述的约束条件来优化布线以及元器件/接头和某些IC所用去耦电路的布局（一）、PCB材料的选择通过合理选择PCB的材料和印刷线路的布线路径，可以做出对其它线路耦合低的传输线。

直流电源EMI滤波器的设计直流电源EMI滤波器的设计原则、网络结构、参数选择1 设计原则-满足最大阻抗失配插入损耗要尽可能增大，即尽可能增大信号的反射。

设电源的输出阻抗和与之端接的滤波器的输人阻抗分别为ZO和ZI，根据信号传输理论，当ZO≠ZI时，在滤波器的输入端口会发生反射，反射系数p＝(ZO－ZI)/(ZO＋ZI)显然，ZO与ZI相差越大，p便越大，端口产生的反射越大，EMI信号就越难通过。

所以，滤波器输入端口应与电源的输出端口处于失配状态，使EMI信号产生反射。

同理，滤波器输出端口应与负载处于失配状态，使EMI信号产生反射。

即滤波器的设什应遵循下列原则：源内阻是高阻的，则滤波器输人阻抗就应该是低阻的，反之亦然。

负载是高阻的，则滤波器输出阻抗就应该是低阻的，反之亦然。

对于EMI信号，电感是高阻的，电容是低阻的，所以，电源EMI滤波器与源或负载的端接应遵循下列原则：如果源内阻或负载是阻性或感性的，与之端接的滤波器接口就应该是容性的。

如果源内阻或负载是容性的，与之端接的滤波器接口就应该是感性的。

2 EMI滤波器的网络结构EMI信号包括共模干扰信号CM 和差模干扰信号DM，CM 和DM 的分布如图1所示。

它可用来指导如何确定EMI滤波器的网络结构和参数。

EMI滤波器的基本网络结构如图2 所示。

上述4种网络结构是电源EMI滤波器的基本结构，但是在选用时，要注意以下的间题：双向滤波功能——电网对电源、电源对电网都应该有滤波功能。

能有效地抑制差模干扰和共模干扰——工程设计中重点考虑共模干扰的抑制。

最大程度地满足阻抗失配原则。

几种实际使用的电源EMI滤波器的网络结构如图3 所示。

3 电源EMI滤波器的参数确定方法a）放电电阻的取值在允许的情况下，电阻取值要求越小越好，需要考虑以下情况：第一，电阻要求采用二级降额使用，保证可靠性。

降额系数为0.75 V，0. 6 W。

根据欧姆定律可求出n＞（0.75Ve）2/（0.6 Pe）。

开关电源EMI滤波器的设计要使EMI滤波器对EMI信号有最佳的衰减特性，设计与开关电源共模、差模噪声等效电路端接的EMI滤波器时，就要分别设计抗共模干扰滤波器和抗差模干扰滤波器才能收到满意的效果。

1．抗共模干扰的电感器的设计电感器是在同一磁环上由两个绕向与匝数都相同的绕组构成。

当信号电流在两个绕组流过对，产生的磁场恰好抵消，它可几乎无损耗地传输信号。

因此，共模电流可以认为是地线的等效干扰电压Ug所引起的干扰电流。

当它流经两个绕组时，产生的磁场同相叠加，电感器对干扰电流呈现出较大的感抗，由此起到了抑制地线干扰的作用。

电路如图1所示。

信号源至负载RL连接线的电阻为Rcl、Rc2，电感器自感为L1、L2，互感为M，设两绕组为紧耦合，则得到L1＝L2＝M。

由于Rc1和RL串联且Rc1＜＜RL，则可以不考虑Vg， Vg 被短路可以不考虑Vg的影响。

其中（Is是信号电流，Ig是经地线流回信号源的电流。

由基尔霍夫定律可写出：式（2）表明负载上的信号电压近似等于信号源电压，即共模电感传输有用信号时几乎不引入衰减。

由（1）式得知，共模千扰电流Ig随f：fc的比值增大而减小。

当f：fc的比值趋于无穷时，Ig=0，即干扰信号电流只在电感器的两个绕组中流过而不经过地线，这样就达到了抑制共模干扰的作用。

所以，可以根据需要抑制的干扰电压频率来设置电感器截止频率。

一般来说，当干扰电压频率f≥5fc时，即Vn：Vg≤0.197，就可认为达到有效抑制地线中心干扰的目的。

2．抗差模干扰的滤波器设计差模干扰的滤波器可以设计成Π型低通滤波器，电路如图2所示。

这种低通滤波器主要是设置电路截止频率人的值达到有效地抑制差模传导干扰的目的。

电源的两级EMI电路
电源的两级EMI电路都设计在主PCB上，一级EMI设计在较靠近电源输入口的地方，电源输入端有电磁抑制磁环，可以有效减少电磁干扰。

一颗共模滤波电容与多颗差模滤波电容组成一级EMI电路，而二级EMI电路由两颗共模滤波电容与两颗共模滤波扼流电感，完整的EMI电路设计可以最大程度滤除电网的干扰信号
ＡＣ电网火线和零线之间是低阻抗，所以与之对应的滤波器输入端也应是高阻抗串联大电感ＬＤＭ。

如果想再进一步抑制差模噪声，可以在滤波器输入端并接线间电容ＣＸ１，条
件是它的阻抗要比ＡＣ电网火线、零线之间的阻抗还要低得多。

：Cx=0.1—2.0uF。

CY=2.0nF—33nF。

Lc=几—几十mH，随工作电流不同而取不同的参数值，如电流为25A时Lc=1.8mH。

电流为0.3A时，Lc=47mH。

另外在滤波元件选择中，一定要保证输入滤波器的谐振频率低于开1-8关电源的工作频率。

由于开关电源的开关频率谐波噪声源阻抗为低阻抗，所以与之相对应的滤波器输出端应是高阻抗串联大电感ＬＤＭ。

PCB EMI设计规范IC的电源PIN都有一个0.1UF的去耦电容，对于BGA CHIP，要求在BGA的四角分别有0.1UF、0.01UF的电容共8个。

对PCB走线的电源尤其要注意加滤波电容，如VTT等。

这不仅对稳定性有影响，对EMI也有很大的影响。

1 、IC的电源处理1.1)保证每个IC的电源PIN都有一个0.1UF的去耦电容，对于BGA CHIP，要求在BGA的四角分别有0.1UF、0.01UF的电容共8个。

对PCB走线的电源尤其要注意加滤波电容，如VTT 等。

这不仅对稳定性有影响，对EMI也有很大的影响。

2、时钟线的处理2.1)建议先走时钟线。

2.2)频率大于等于66M的时钟线，每条过孔数不要超过2个，平均不得超过1.5个。

2.3)频率小于66M的时钟线，每条过孔数不要超过3个，平均不得超过2.5个2.4)长度超过12inch的时钟线，如果频率大于20M，过孔数不得超过2个。

2.5)如果时钟线有过孔，在过孔的相邻位置，在第二层(地层)和第三层(电源层)之间加一个旁路电容，以确保时钟线换层后，参考层(相邻层)的高频电流的回路连续。

旁路电容所在的电源层必须是过孔穿过的电源层，并尽可能地靠近过孔，旁路电容与过孔的间距最大不超过300MIL。

2.6)所有时钟线原则上不可以穿岛。

下面列举了穿岛的四种情形。

2.6.1) 跨岛出现在电源岛与电源岛之间。

此时时钟线在第四层的背面PCB走线，第三层(电源层)有两个电源岛，且第四层的PCB走线必须跨过这两个岛。

2.6.2) 跨岛出现在电源岛与地岛之间。

此时时钟线在第四层的背面PCB走线，第三层(电源层)的一个电源岛中间有一块地岛，且第四层的PCB走线必须跨过这两个岛。

如图2.6-2所示。

2.6.3) 跨岛出现在地岛与地层之间。

此时时钟线在第一层PCB走线，第二层(地层)的中间有一块地岛，且第一层的PCB走线必须跨过地岛，相当于地线被中断。

如图2.6-3所示。

2.6.4) 时钟线下面没有铺铜。

开关电源EMI滤波器的设计_王金霞煤矿电气开关电源EMI滤波器的设计王金霞1,杨庆江1,王金凤2(11黑龙江科技学院电信学院,哈尔滨150027; 21太平洋线路板公司,辽宁大连116001)摘要:文章首先分析了开关电源电磁干扰问题产生的原因及种类,建立开关电源EMI滤波器的共模和差模等效模型以分析噪声的传播方式,结合滤波器所需对应的开关电源工作频率为基础来设计滤波器,无需复杂的计算,对不同工作频率的开关电源有较强的针对性。

最后通过实例验证了此设计方法的可行性。

关键词:滤波器;开关电源;噪声;仿真;电磁干扰中图分类号:TN713 文献标识码:A 文章编号:1008 -8725(2009)05 -0033 -03Designing EMI Filter and SimulationWANG Jin-xia1, YANG Qing-jiang1, WANG Jin-feng2(1.College of Electric and Information, Heilongjiang Institute of Science and T echnology, Harbin 150027, China; 2.Pacific CircuitCompany,Dalian 116001, China)Abstract:In this paper first of all the category and causes of the switching mode power supp ly EMI are ana-lyzed.Second build the equivalentmodels for common mode and di fferential mode of switching power supplyEMI fi lter, this procedure is based on the analysis of noise and the frequency ofSMPS. This procedure needsno complex computing and fits SMPS with certain frequency well. Lastly, the feasibility of this design methodis verified by simulation.Key words:filter; SMPS; noise; simulation; EMI0 前言开关电源的特点是频率高、效率高、功率密度高和可靠性高。