大師教你優(yōu)化EMC濾波器 　

幾乎所有的電氣設(shè)備中都會發(fā)現(xiàn)有開關(guān)電源的應(yīng)用。通常要求開關(guān)電源的效率應(yīng)盡可能高，空載下?lián)p耗應(yīng)控制在毫瓦范圍內(nèi)。與之相反的要求則是：產(chǎn)品的綜合成本應(yīng)盡可能低。鑒于符合標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品才能進(jìn)入市場，新技術(shù)的市場轉(zhuǎn)化時間越來越重要。
　　EMC濾波器通常是產(chǎn)品優(yōu)化方案中的重要組成部分。正確的EMC濾波器拓?fù)淇梢怨?jié)省產(chǎn)品認(rèn)證和優(yōu)化電磁兼容性能的時間。此外，優(yōu)化的EMC 濾波器可以降低產(chǎn)品的成本和體積。
　　下面列出的技術(shù)文章給出了能深入到EMC 濾波器設(shè)計領(lǐng)域的視角。我們將在這里說明為什么考慮濾波器元件的寄生參數(shù)是重要的，以及如何利用實(shí)用仿真方法加快設(shè)計進(jìn)程。
　　一個產(chǎn)品的成功與否取決于它占領(lǐng)市場的速度。通常，產(chǎn)品認(rèn)證是一個耗時的環(huán)節(jié)。如果產(chǎn)品沒有通過認(rèn)證，可能需要重新設(shè)計整個產(chǎn)品，因而會增加開發(fā)成本；產(chǎn)品延期進(jìn)入市場也會造成更大的損失。
　　仔細(xì)觀察電源的EMC 發(fā)射情況，可以發(fā)現(xiàn)電磁發(fā)射主要有兩種形式：傳導(dǎo)發(fā)射，其頻段一般在數(shù)kHz 到30MHz 之間；輻射發(fā)射，其頻段一般在30MHz 到數(shù)GHz。降低傳導(dǎo)發(fā)射通常使用EMC 電源濾波器。EMC 電源濾波器（即開關(guān)電源中的濾波器）可能會占整個產(chǎn)品的重要部分。而開發(fā)階段我們總是缺少時間，這成為開發(fā)階段的一種“正常”情況，甚至在產(chǎn)品市場開發(fā)之 前，要求完成樣品。
　　由于缺乏時間，提出的解決方案可能不是最優(yōu)的。這必然導(dǎo)致濾波器的重新設(shè)計，產(chǎn)生不必要的成本——依據(jù)這種設(shè)計方法，產(chǎn)品的材料成本將高達(dá)整個產(chǎn)品價格的 15%。濾波器設(shè)計中經(jīng)常使用的技術(shù)，是“試湊”的方法，也就是不停的更換濾波器元件，如電容和電感，將它們焊接在一起，直到測量的干擾在電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)限 制內(nèi)。使用這種方案，設(shè)計者通常也無法了解改變這些參數(shù)之后會有什么影響。
　　使用這種方法，最后終可獲得一個解決方案，但它是我們所需要的最佳方案嗎？
　　干擾類型：共模干擾或差模干擾
　　要優(yōu)化EMC 濾波器設(shè)計，了解干擾的類型很重要。我們還應(yīng)該了解在某一頻段內(nèi)哪一種類型的干擾占主導(dǎo)地位。我們可以將傳導(dǎo)發(fā)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(dǎo)地位。在開關(guān)電源中，差模噪聲主要源于直流母線電容的等效串聯(lián)電阻（ESR）兩端的壓降。電壓降由紋波電流產(chǎn)生（例如有源功率因數(shù)校正 器產(chǎn)生的紋波電流）。共模干擾（CM） 通常在1MHz 到100MHz 之間占主導(dǎo)地位。在這個頻段范圍內(nèi)，必須要考慮寄生參數(shù)和耦合路徑。噪聲類型對于EMC 濾波器的設(shè)計會產(chǎn)生重大影響。如果獲知了干擾類型、寄生參數(shù)和耦合路徑，我們就可以開始設(shè)計濾波器。
　　電容性的電抗器和電感性的電容器
　　為了抑制共模干擾和差模干擾，最常見的EMC濾波器結(jié)構(gòu)是LC 型拓?fù)?。正確選擇電感非常重要。須考慮的要點(diǎn)之一就是共模電感（共模扼流圈）的頻率特性。下面我們來設(shè)計一個LC 型濾波器。圖1 給出了它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　　
　　圖1 LC型濾波器
　　圖中的電容Cy 是Y 形聯(lián)接的電容。這個電容形成一個返回至共模噪聲源（ 開關(guān)電源的功率開關(guān)管對地） 的低阻抗路徑。L-CMM 是共模電感，共模電感構(gòu)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，用于抑制差模噪聲。接下來的設(shè)計中，我們總是基于圖1 所示的基本原理圖來進(jìn)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(lán)色曲線表示10mH 電感的理想特性，紅色則表示實(shí)際特性，諧振頻率在200kHz。高于這個頻率時共模電感就表現(xiàn)為電容特性！我們還可發(fā)現(xiàn)，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(yīng)該考慮電感的頻率特性。
　　
　　圖2 10mH共模電感的阻抗特性